保障时延QoS的安全认知无线电网络跨层资源分配研究

发布时间：2017-10-29 06:15

  本文关键词：保障时延QoS的安全认知无线电网络跨层资源分配研究

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【摘要】：无线通信技术的高速发展为现代社会提供了巨大便利,但随之而来的频谱资源稀缺的局面也越来越严峻。认知无线电(Cognitive Radio, CR)技术可有效改善频谱利用不佳的现状,受到广大研究者的关注。另一方面,由于无线传输媒介的开放特性,CR网络中信息传输的安全性也是一个亟待解决的重要问题。采用物理层安全技术,能够使CR网络的可靠性大幅提升。但是,基于信息论的物理层安全研究忽略了实时多媒体应用中时延等服务质量(Quality of Service, QoS)要求,存在一定局限性。因此,针对CR网络的安全性与时延QoS保障问题,采用凸优化理论,引入安全有效容量概念,论文深入研究安全CR网络的跨层资源分配策略,规划优化问题,进行求解并仿真验证。论文的主要工作和创新点如下：(1)简述安全CR网络中保障时延QoS的跨层研究框架。在引入表征一般无线传输系统统计时延QOS性能的有效容量基础上,探讨保密系统时延QOS性能与安全有效容量模型的关系,提出安全CR网络的跨层资源优化方法。(2)基于Underly频谱共享模式的单用户安全CR网络,借助安全有效容量模型,论文提出一种可提供时延QoS保障的跨层资源分配策略。假设信道状态信息(channel state information, CSI)完全已知,规划最大化安全有效容量与最小化干扰温度的功率优化问题。采用凸优化方法求解,并进行数值仿真分析,验证相关功率分配策略的优越性。同时,假设主要信道的CSI存在误差,研究以最大化安全有效容量为目标的功率控制鲁棒性问题,求解并仿真,结果表明鲁棒性设计实用性更强。(3)针对采用时分多址(time-division multiple-access, TDMA)的多用户安全CR网络,论文从公平性、时延保障、安全传输等角度出发,以最小化β-公平成本函数为目标,进行优化问题规划,提出一种功率与时隙跨层优化方案。进一步,利用凸优化理论和随机优化方法求解,并进行仿真。仿真结果表明,提出的跨层资源分配策略可有效平衡资源分配的效能与公平性,且明显优于其他对比策略。同时,在以上研究基础上,假设主要信道的CSI不完全可知,论文分析资源优化的鲁棒性设计,使得理论研究更加接近于实际应用。
【关键词】：时延QoS 安全CR网络 安全有效容量 凸优化理论 跨层资源分配
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN925
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 研究背景12
• 1.2 CR技术12-14
• 1.3 CR网络中的安全通信及资源分配14-17
• 1.4 保障时延QoS的跨层资源优化17-18
• 1.5 凸优化理论18-21
• 1.6 论文主要工作及内容安排21-22
• 第二章 安全CR网络跨层资源分配研究框架22-30
• 2.1 有效容量概述22-25
• 2.1.1 统计时延QoS保障22-23
• 2.1.2 有效容量与有效带宽23-25
• 2.2 安全有效容量与跨层模型25-28
• 2.3 跨层资源优化方法28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 单用户安全CR网络跨层资源分配30-49
• 3.1 系统模型30-31
• 3.2 完美信道下最大化安全有效容量的跨层功率分配31-40
• 3.2.1 问题规划32
• 3.2.2 最优功率分配32-36
• 3.2.3 仿真结果及分析36-40
• 3.3 完美信道下最小化干扰温度的跨层功率分配40-44
• 3.3.1 问题规划40
• 3.3.2 最优功率分配40-42
• 3.3.3 仿真结果及分析42-44
• 3.4 非完美信道下最大化安全有效容量的跨层功率分配44-48
• 3.4.1 鲁棒性问题规划44-45
• 3.4.2 基于鲁棒性的功率分配45-46
• 3.4.3 鲁棒性算法分析46-47
• 3.4.4 仿真结果及分析47-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 多用户安全CR网络跨层资源分配49-72
• 4.1 系统模型49-51
• 4.2 完美信道下保障时延QoS与公平的跨层资源分配51-65
• 4.2.1 约束条件及问题规划51-52
• 4.2.2 基于对偶分解的最优功率及时隙分配52-58
• 4.2.3 对偶问题求解58-59
• 4.2.4 随机优化资源分配59-61
• 4.2.5 仿真结果及分析61-65
• 4.3 非完美信道下保障时延QoS与公平的跨层资源分配65-71
• 4.3.1 鲁棒性问题规划65-66
• 4.3.2 基于鲁棒性的资源分配66-68
• 4.3.3 鲁棒性算法分析68-70
• 4.3.4 仿真结果及分析70-71
• 4.4 本章小结71-72
• 第五章 总结与展望72-74
• 参考文献74-81
• 致谢81-82
• 攻读学位期间发表的论文及专利82-83
• 学位论文评阅及答辩情况表83

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本文编号：1111748