基于图着色理论的认知无线电网络频谱分配算法研究

发布时间：2017-07-18 13:07

  本文关键词：基于图着色理论的认知无线电网络频谱分配算法研究

  更多相关文章： 频谱分配 图着色理论 系统效益值 时间开销

【摘要】：在目前应用较广泛的无线电网络中,多数采取了固定的频谱分配方式。在这种分配方式下,可用频谱被分为授权频谱和非授权频谱。根据美国联邦通信委员会(Federal Communications Commission,FCC)的研究结果显示,随着时间和空间的变化,固定分配模式下授权频谱资源的利用率仅为15%~85%,因此对频谱的高效分配已经成为重要的研究课题。本文分别针对效益值和时间开销建立了认知无线电频谱分配模型,根据效益、距离、频段等参数选择性地接入认知用户,尽可能使更多认知用户接入到授权频谱中,提高频谱的利用率。本文的主要研究工作如下:(1)介绍了认知无线电、认知网络以及认知无线电网络的概念。详细描述了认知无线电的认知原理和认知过程、认知无线电频谱分配的原理和多种分配技术,以及这些技术之间的异同,重点介绍了认知无线电频谱分配的主要三种类型:图着色理论、博弈论理论和拍卖理论。(2)建立了基于图着色理论的最小时间开销频谱分配算法。现有对认知无线电频谱分配的研究中,都是假设在已经满足频段和安全距离的前提下进行的,不需要对认知用户进行距离的判断和频段的筛选。而本文在算法中加入了频段和安全距离的判断,进一步完善了认知无线电频谱分配的过程。通过给每一认知用户授予编号,且编号固定,在更新认知用户的可用矩阵时,根据编号选取可用认知用户即可,而不必对不需要的用户进行删除,节约了算法的时间开销。(3)建立了基于图着色理论的改进最大效益频谱分配算法。对比算法MUAA中采用了先分配信道再分配用户的方法。而本文在频谱分配的过程中同时分配用户和信道这两个参数。在无干扰频谱分配矩阵中搜索效益最大的认知用户优先进行频谱分配,然后对该信道中可能对该认知用户产生干扰的用户进行处理,使得信道能自然避开这些与已接入的认知用户产生干扰的其他认知用户,然后搜索次大效益的认知用户,将其所在信道分配给次大效益的认知用户。该算法保证了每次分配都可以使系统效益最大化。通过仿真分析验证,基于图着色理论的最小时间开销频谱分配算法大幅度降低了频谱分配的时间开销,提高了认知用户的接入率;而基于图着色理论的改进最大效益频谱分配算法随着用户数目和频谱数目的增加,系统效益总值的优势会越来越明显。
【关键词】：频谱分配 图着色理论 系统效益值 时间开销
【学位授予单位】：辽宁师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN925
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1. 引言8-18
• 1.1 选题的背景与意义8-9
• 1.1.1 选题背景8-9
• 1.1.2 选题意义9
• 1.2 国内外相关研究现状9-15
• 1.2.1 基于图着色理论的动态频谱分配模型9-11
• 1.2.2 基于博弈理论的动态频谱分配模型11-13
• 1.2.3 基于拍卖理论的动态频谱分配模型13-14
• 1.2.4 国内外研究综述小结14-15
• 1.3 本文的研究思路及主要的研究内容15-18
• 1.3.1 研究思路15-16
• 1.3.2 研究内容16-18
• 2. 认知无线电网络及频谱分配类型18-27
• 2.1 认知无线电、认知网络和认知无线电网络18-19
• 2.1.1 认知无线电18
• 2.1.2 认知网络18-19
• 2.1.3 认知无线电网络19
• 2.2 认知无线电网络的认知过程19-22
• 2.2.1 认知阶段20
• 2.2.2 学习阶段20-21
• 2.2.3 决策和调整阶段21-22
• 2.3 认知无线电网络频谱分配原理及分配技术的分类22-24
• 2.3.1 频谱分配原理22
• 2.3.2 频谱分配技术的分类22-24
• 2.4 基于图着色理论的认知无线电网络频谱分配24-26
• 2.4.1 以最大化系统效益值为目标25
• 2.4.2 以最大化系统接入量为目标25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 3. 基于最小时间开销的图着色频谱分配算法27-38
• 3.1 问题描述27-28
• 3.2 算法描述28-32
• 3.2.1 最小时间开销频谱分配算法的分配原则29
• 3.2.2 最小时间开销频谱分配算法的分配目标29
• 3.2.3 算法描述29-32
• 3.3 仿真结果与分析32-37
• 3.3.1 时间开销32-34
• 3.3.2 最大平均效益34-37
• 3.4 本章小结37-38
• 4. 基于最大效益的图着色频谱分配算法38-47
• 4.1 问题描述38-39
• 4.2 算法描述39-41
• 4.2.1 改进的最大效益频谱分配算法的分配原则40
• 4.2.2 改进的最大效益频谱分配算法的分配目标40
• 4.2.3 算法描述40-41
• 4.3 仿真结果与分析41-46
• 4.3.1 最大效益总和42-44
• 4.3.2 时间开销44-46
• 4.4 本章小结46-47
• 5. 创新点及进一步研究方向47-49
• 5.1 论文的主要创新性成果47
• 5.2 进一步研究方向47-49
• 参考文献49-52
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况52-53
• 致谢53

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本文编号：557816