认知无线电网络抗恶意用户节能协作频谱感知策略

针对当前认知无线电网络协作频谱感知策略存在能量消耗过大且未考虑恶意用户存在及通信链路中断的问题,提出一种基于信誉管理系统的节能协作频谱感知策略。首先对系统信誉值和感知报告总数的表达式进行推导分析,建立感知策略模型,对恶意用户进行有效抑制。进一步提出策略对应的虚警和漏检概率估计方法及其闭合表达式,深入分析通信链路中断带来的影响。最后仿真结果表明,在达到相同检测目标情况下,提出的节能策略所需感知报告数量较传统策略更少,有效降低了能量消耗。感知性能在通信链路存在中断情况下受到的影响更小。     

控制信道受限的认知无线电联合频谱感知

在多用户认知无线电系统中,针对认知无线电用户合作频谱感知中联合检测性能的提高与控制信道带宽受限的矛盾,提出了一种基于能量检测的合作频谱感知方法。该方法放弃携带信息量较少的感知信息,并将携带信息量较多的感知信息量化后传送至数据融合中心。这种方法在兼顾认知无线电频谱感知性能的前提下,有效降低了控制信道开销。     

无线传感器网络中视频传输的控制仿真

提出了无线传感器网络中视频传输的一种自适应联合算法:首先给出一种基于移位3维层次树集分割算法(3-DSPIHT)的自适应嵌入式多描述编码(MDC),该编码可根据网络拥塞状况而产生多个不同码流,并通过引入优先级机制,将码源分配至不同码流中,保证信号传输质量,降低网络负载。同时又提出了一种考虑能量和时延受限的多径源动态路由协议(ED-MRDSR),与MDC有机结合,提高网络吞吐量,减少能量消耗。由于该算法综合考虑了编码效率、抗误码保护及传输能量、时延受限等问题,因此,仿真实验获得了较其他方法更好的视频重构质量和更小的能量消耗。     

基于位置感知的大规模LEO星座分布式路由算法

针对传统星座路由算法应用在大规模低地球轨道(low earth orbit, LEO)星座中, 存在鲁棒性差、资源开销大、路由效率低等缺点。根据卫星运行时的位置可预测特性, 提出了基于位置感知的分布式路由算法。考虑卫星资源受限, 大规模LEO星座具有卫星节点多、动态性大等特点, 基于位置感知提出一种路径预选机制, 初步确定数据包的传输路径。在此基础上, 考虑业务服务质量(quality of service, QoS)需求, 基于状态和传播矢量函数提出一种路径收敛机制, 无重合确定数据包传输主路径和备用路径。理论和仿真结果证明, 相比于传统路由算法, 所提算法降低了路由存储和开销, 随着中断概率的增大, 提高了星座的吞吐量, 降低了端到端时延。     

基于观测器设计的移动小车自适应轨迹跟踪控制研究

提出了一种基于观测器设计的自适应轨迹跟踪控制算法，在无法准确测量移动机器人位姿的情况下，基于其完整动力学模型，实现机器人轨迹跟踪控制问题。方法考虑了实际参数的移动机器人完整动力学模型，将位姿观测器和自适应控制策略相结合，设计了一种移动机器人完整的自适应观测器轨迹跟踪控制策略。仿真结果表明该控制策略的正确性和有效性。     

基于隐马尔可夫模型的动态跳频信道接入算法

针对认知无线电信道接入中存在主用户和次级用户相互干扰、吞吐量下降的问题,提出基于隐马尔可夫模型的动态跳频信道接入算法。由于长时段的数据传输造成次级用户无法及时切换信道,将数据传输时段分为多个跳频时段,构建隐马尔可夫模型预测可用信道,建立跳频信道集合,设计动态跳频序列,使信道接入的效率更高。理论分析与仿真结果表明,该算法能够有效降低各级用户之间干扰概率并显著改善系统吞吐量,增加系统可靠性和信道利用率。     

高吞吐量低时延太赫兹超高速无线网络MAC接入协议

针对现有能够应用于太赫兹超高速无线网络的能量和频谱感知的媒介接入控制(energy and spectrum aware media access control, ES MAC)及IEEE802.15.3c协议存在的时隙申请量未及时更新、超帧结构不合理及分配时隙时未合并同一对节点之间的时隙请求等问题,提出了一种高吞吐量低时延MAC(high throughput low delay MAC,HLMAC)协议。通过设计一种新的超帧结构,使节点及时得到时隙分配信息,大大降低数据接入时延;通过更新时隙请求量和合并同一对节点的时隙请求,增加了数据发送量,提高了网络吞吐量。理论分析表明了HLMAC协议的有效性,仿真结果显示它比ES MAC协议增加了65.7%的网络吞吐量,同时降低了30%的接入时延。     

带有模糊控制的机会网络数据转发控制策略

机会网络的拓扑结构具有较强的时变性,节点间的关系较为复杂,难以用传统的数学模型进行描述。提出了一种带有模糊控制的数据转发控制策略,利用模糊系统理论根据多维状态参数评估节点之间的关系强度,结合状态感知和专业经验进行数据转发控制,有效避免了数据转发过程中的盲目性。数值仿真结果表明,所提出的策略能够在不明显增加网络投递开销的同时,提高数据投递成功率并降低投递延时。     

认知无线电系统帧长参数优化

针对认知无线电系统帧结构设计中,如果数据发送时间设置不当可能导致干扰过大以及从用户接入机会丢失过多的问题。基于主用户活动服从指数分布的假设,推导建立了系统干扰模型和从用户接入机会丢失模型,该模型能以较大概率保证干扰时间及从用户接入丢失时间小于指定百分比值。在此基础上,提出了一个干扰和接入机会丢失受限的认知无线电系统帧长设计方案。实验结果表明,根据该方案设计的帧结构能够有效保证从用户的接入时间、较高的感知效率及较低的干扰率。     

一种空时二维联合频谱感知区域划分方案

认知无线电空时二维联合频谱感知技术可以有效利用认知无线电网络的二维频谱资源,该文提出一种空时异构认知网络区域划分方案的设计方法。新的设计方法依据IEEE 802.22标准和应用需求,建立了一种鲁棒性空时二维感知模型,并明确定义了认知无线电网络构架的主用户分布边界、保护边界和感知边界;基于认知用户对主用户通信中断概率的条件约束,严格推导出了3种边界条件的数学闭式解。采用新的设计方案,在保证主用户通信功率和认知用户最大允许通信功率的条件下,能够灵活确定主用户分区和认知用户的Overlay及Underlay接入模式。理论分析和仿真结果表明,新的区域划分方案在保证主用户良好通信质量的前提下,能够实现认知用户在空间维度更有效的分配和接入可用频谱资源。     

面向绿色云计算数据中心的动态数据聚集算法

在分析目前云数据中心设备能耗和数据访问规律的基础上,创建了云计算数据模型,研究了云计算系统任务调度和数据部署层面的节能机制,提出一种面向绿色云计算数据中心的动态数据聚集算法。算法分为数据聚集与节点聚集两个层次,在兼顾系统服务质量的同时,按照节点和数据在不同时段的使用情况有效聚集数据,实现原本随机部署的数据与节点的有序化聚集和重新部署,从而使计算存储节点能够轮流运转,部署于云数据中心各区域的温控设备可以更加精确地实施定点环境温度控制。算法达到既充分利用资源,满足用户的服务需求,同时降低系统的整体能耗的目标。通过仿真实验进行了实验验证和性能分析,结果表明算法能够保障云数据中心的服务质量,提高设备稳定性,达到了“绿色”节能目标。     

基于自相似业务流的AOS延时累积调度算法

针对自相似业务流量下的高突发性及重尾性所引起的空间数据系统调度性能下降问题,分析了高级在轨系统(advanced orbiting system, AOS)虚拟信道存取(virtual channel access, VCA)子层调度策略以及现有基于短相关模型调度算法的不足,引入Hurst参数、紧迫度、流量离差、成帧时间因子等权值参量,提出一种基于延时累积的自适应轮询调度(scheduling of delay accumulated adaptive polling, SDAAP)算法,通过自适应改变延时阀值因子实现多业务的差异化调度,从而优化AOS虚拟信道服务质量及调度性能。采用多信源重尾分布的ON/OFF流量分布模型进行仿真验证,实验结果表明,针对自相似业务流,SDAAP算法在溢出率、平均延迟等方面优于AOS固定阀值和等时调度算法。     

多PAN太赫兹无线个域网边缘节点信息高效报告方法

针对太赫兹无线个域网络中跨个域网(personal area network, PAN)通信存在的常规信道时间分配时段(normal channel time allocation period, N-CTAP)部分常规节点数据传输受干扰影响节点通信的成功率等问题, 提出一种太赫兹网络的高效自适应报告方法(efficient adaptive reporting approach of terahertz network, EARA-T)。该方法将常规节点细分为正常节点和边缘节点, 在节点入网前及入网后将节点类型信息及时高效地报告给所在PAN的微微网控制器(piconet coordinator, PNC), 以便于PNC在时隙分配上采取有效措施降低甚至消除网间干扰对数据传输的影响。通过使用OPNET软件进行仿真验证, 相较于FDP协议和FCP协议, 所提方法信息报告控制开销和时延的降低分别不少于14.1%和3.7%, 信息报告成功率提高了0.4%。     

基于非正交多址技术的协作中继传输方案

针对星地频谱共享网络中深衰落认知用户传输速率低的问题,提出了一种基于非正交多址接入(non-orthogonal multiple access,NOMA)的协作中继传输方案。该方案的源节点采用NOMA技术广播信息并根据信道特性自适应地调节功率分配因子,中继节点通过中继-源节点功率比参数合理设置其传输功率并进行译码转发,在功率受限情况下最大化认知用户的传输速率。数值分析结果表明,功率比在一定范围内时,与正交多址接入的协作中继方案相比,该方案的传输速率提高了13.7%左右;当两种方案传输速率相同时,该方案的功率节约30%左右。     

ISAR成像系统的二维资源自适应调度算法

现有认知雷达成像系统的资源调度策略只从距离向(或波形设计)或者方位向一个维度进行资源调度,没有充分分配和利用雷达系统资源,为此提出了一种针对步进频率逆合成孔径雷达成像系统的二维资源自适应调度算法,来进一步提高雷达系统的工作效率。该算法在对目标特征认知的基础上,根据压缩感知原理,计算对目标二维稀疏观测所需脉冲资源,依据二维资源调度模型,自适应分配二维脉冲资源,实现对多目标的交替稀疏观测成像。最后通过仿真验证了算法的可行性并与常规算法相比在资源饱和的情况下,可以执行更多的成像任务。     

冲突避免的水声网络拓扑发现协议

当水声网络的所有节点完成在目标区域的部署后,每个节点除了自己的节点ID已知外,对新网络的信息一无所知,而这些信息是网络顺利运行的必要前提。因此,一个能够完成网络中所有节点和链路发现的网络拓扑发现协议是非常必要和重要的。水声拓扑发现协议完成的效率,往往依赖于信道接入策略的选择,但它不能完全使用已有的水声多路访问控制(multiple access control, MAC)协议,因为在网络建立的初始阶段拓扑未知,已有传统水声MAC协议不能完成拓扑发现,所以需要根据这一阶段的特殊状态来设计拓扑发现协议。基于此问题,提出了一种高效的冲突避免的水声网络拓扑发现(简称为CFVE)协议,该协议利用网络中节点ID的唯一性,在其特定时隙接入信道,节点无冲突地发现控制分组的交换,最终实现网络中所有链路和节点的发现。仿真结果表明, CFVE协议可以以较低的发现时延和能耗完成全网拓扑的发现,是一种适合于多跳水声网络的拓扑发现协议。     

ENERGY-EFFICIENT SENSING COVERAGE AND COMMUNICATION FOR WIRELESS SENSOR NETWORKS

Wireless sensor networks have a wide range of applications. Sensing coverage and communication coverage are two fundamental quality of service. In this paper, we present our work on energy efficient sensing coverage and communication. We design several schemes for sensing coverage subject to different requirements and constraints respectively. We also propose a broadcasting communication protocol with high energy efficiency and low latency for large scale sensor networks based on the Small World network theory. Simulation and experiment results show that our schemes and protocol have good performance.     

基于能量检测的用户选择协作频谱感知

协作频谱感知(collaborative spectrum sensing,CSS)检测结果的上报尽管能够改善检测性能,但是也可能导致认知用户(secondary users,SU)产生较高的开销,同时引起对授权用户(primary users,PU)的干扰。基于双门限能量检测的用户选择CSS策略,称为双门限最佳选择上报(double threshold best selection reporting,DTBSR)策略,意在减少SU的平均检测时间和提高频谱感知的性能。单门限能量检测在受到噪声干扰后性能会严重下降,采用了基于最大比合并(maximum ratio combining,MRC)的双门限能量检测算法,通过考虑信息上报过程对PU产生的干扰,设计了在瑞利衰落信道下DTBSR策略与传统策略的虚警概率和检测概率表达式。仿真结果表明,与传统策略和最优选择上报策略相比,改进的策略能够提高检测性能并减少平均检测时间,并且还可以通过调节感知时间获得最小化漏检概率。