认知无线网络资源分配与路由选择优化研究
发布时间：2021-10-10 06:39
随着无线网络技术的突破与互联网技术的深度融合,无线网络承载的业务已从简单的语音呼叫转变为复杂的混合服务（例如,音频,视频和数据）。一方面,由于延迟和误码率,保障用户的服务质量（Quality of Service,QoS）并非易事。另一方面,落后的频谱利用策略、严重的用户干扰、信道衰落和噪声等因素,使得资源利用率较低。因此,如何在确保用户QoS的同时提高资源利用率是一个研究热点。认知无线电网络（Cognitive Radio Network,CRN）的认知用户（Secondary User,SU）通过机会访问授权用户（Primary User,PU）的许可频谱,从而实现SU和PU频谱共享。CRN打破了静态频谱接入的限制,提高了频谱利用效率而备受业界的广泛关注。目前,围绕CRN的研究主要集中在网络资源的分配上。然而,无线电频谱访问的灵活性给CRN带来了新的挑战,同时也给各层通信协议的设计增加了复杂性。频谱分配与数据传输是CRN的关键技术,这些关键技术都需要消耗能量。对CRN这样的新兴通信方式而言,有效的资源分配方案、路由策略和能量持续性保障都至关重要。本文对能量受限和能量补给两个网络场景...
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：132 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－２?ＣＲ动态频谱接入??１．１．２认知无线网络??认知无线网络（Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ?Ｒａｄｉｏ?Ｎｅｔｗｏｒｋ，?ＣＲＮ）是一种运用ＣＲ技术组建成的网??络，它允许未授权ＳＵ节点通过动态访问己授权ＰＵ节点的许可频谱来提髙频谱利用率
空闲的信道链路中以髙功率发送数据，也可以在ＰＵ节点占用的信道链路??中以较低功率发送数据Ｍ。??ｆ！?ｈ?ｉｓ?１１??ｉｉｌ?ｉＳＩＪ??Ｂ１?Ｂ２?Ｂ３?Ｂ７?Ｂ８?频潑带?Ｂ１?Ｂ２?Ｂ３?Ｂ７?Ｂ８?频谮带??图?１－３?（ａ）?ｉｎｔｅｒｗｅａｖｅ?图?１－３?（ｂ）?ｏｖｅｒｌａｙ??｜｜?ｋ?ｌｉｌｉ??Ｂ１?Ｂ２?Ｂ３?Ｂ７?Ｂ８?频谱带?Ｂ１?Ｂ２?Ｂ３?Ｂ７?Ｂ８?频请带??图?１－３?（ｃ）?ｕｎｄｅｒｌａｙ?图?１－３?（ｄ）?ｈｙｂｒｉｄ??图１－３?ＣＲＮ四种模式??（２）?ＣＲＮ体系结构??ＣＲＮ有两种体系结构，分别是集中式ＣＲＮ和分布式ＣＲＮ。集中式ＣＲＮ是基于基??础架构的ＣＲＮ。如图１－４?（ａ）所示，它由ＣＲＮ基站和ＳＵ节点组成，其中ＣＲＮ基站??通过收集所有与ＳＵ节点频谱相关信息来控制授权和非授权频段上的ＳＵ节点的传输。??ＣＲＮ基站根据所收集的信息为所有ＳＵ节点做出接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的决策。??如图１－４?（ｂ）所示，分布式ＣＲＮ是由许多ＳＵ节点组成的网络。这种网络没有基??础架构，ＳＵ节点之间以自组织、多跳的方式通信［１１］。ＳＵ节点之间可以直接通信，也??可以借助邻居节点以多跳的方式将数据发送到目的节点。网络中所有ＳＵ节点的地位相??等，不需要ＣＲＮ基站转发，从而可以减少ＣＲＮ基站负载。分布式ＣＲＮ具有快速组网??的特点，常用于军事、野外探险、抗震救灾等特殊环境中。从图１－４?（ｂ）还可以看出，??传输路径的选择对于分布式ＣＲＮ的多跳通信来讲是非常重要的研宄内容。??３??
?西南科技大学博士学位论文???图１４⑷集中式ＣＲＮ?图丨４?（ｂ＞分布式ＣＲＮ??图１Ｍ?ＣＲＮ两种体系结构??（３）?ＣＲＮ多跳通信??无线信号在传输过程中会随着通信距离的增加而减弱，一般使用多跳的方式来降??低功率和增加传输距离［１１］。ＳＳＵ与传输范围之外的其他ＳＵ进行通信时，需要ＳＵ中??继节点协作转发。借鉴无线传感器网络（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ?Ｓｅｎｓｏｒ?Ｎｅｔｗｏｒｋ，ＷＳＮ）和无线ｍｅｓｈ??网络等无线多跳网络的特点，ＣＲＮ多跳通信应运而生。多跳ＣＲＮ是由多个具有认知??决策的节点以多跳和自治的方式组成的网络［１２］。多跳ＣＲＮ既具有传统多跳无线网络的??优点，又具有的频谱感知、动态拓扑结构和多频段等ＣＲＮ特征。??ＣＲＮ多跳通信示意图如图１－５所示。在图１－５中，网络被分为主网络和次网络，??其中主网络是由具有授权频谱的ＰＵ节点组成的网络，而次网络是由多个ＳＵ节点组成??的多跳认知无线网络。ＳＵ节点在授信道上进行多跳通信时，ＳＵ节点不能影响ＰＵ节??点在该频段上的正常通信。??ＳＵ中继节点?＾?；??！频谱空洞．－二Ｊ?：?Ｔ?—Ｉ?ｆ?感知?ｉ频谱共享??！?＿「圓２＿＇?＿?４?圓．??图１－５?ＣＲＮ多跳通信场景示意图??多跳ＣＲＮ主要应用于军事、医疗、环境监测和灾害救助等场景［１３］。多跳ＣＲＮ节??点的频谱在时间和空间上具有动态性，从而引起路由协议也具有动态性。路由选择一??直是多跳ＣＲＮ最具挑战性的功能之一。多跳ＣＲＮ的路由过程由ＳＵ节点与邻居节点??间的协作完成［１４］。多跳ＣＲＮ路由协议必须解决以下问题：１）从源节点到目的节点的??路径；２）沿该路径使用的无线信道；３）
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于优先记忆库结合竞争深度Q网络的动态功率控制[J]. 叶梓峰,王永华,万频,杨贺淞,黄沛濠. 电讯技术. 2019(10)
[2]认知异构无线网络中传输速率最大化的频谱资源分配方法[J]. 董晓庆,程良伦,郑耿忠,王涛. 通信学报. 2019(09)
[3]无线多跳网络快速跨层资源优化分配算法[J]. 冯维,徐永鑫,刘浩,许晓荣,姚英彪. 电子与信息学报. 2019(05)
[4]绿色网络节能方案综述[J]. 耿海军,张爽. 计算机工程与应用. 2019(16)
[5]基于自私性与中心性的机会网络数据分流算法[J]. 张英杰,李建波,李英. 计算机工程. 2019(06)
[6]基于能量采集认知无线网中的资源分配方案研究[J]. 龙彦,张晓倩,方旭明,何蓉. 通信学报. 2018(09)
[7]Distributed Power Control Based on Linear Quadratic Optimal Controller for Cognitive Radio Network[J]. Shuying Zhang,Xiaohui Zhao. 中国通信. 2018(08)
[8]基于图着色的密集D2D网络资源分配算法[J]. 孙彦赞,范卫蓉,张舜卿,王涛,吴雅婷. 计算机工程. 2019(02)
[9]认知多源多中继协作传输中断概率[J]. 李新颖,李翠然,黄海燕. 吉林大学学报(工学版). 2019(01)
[10]基于稳定匹配的认知无线网络协作物理层安全机制[J]. 冯晓峰,高新波,宗汝. 电子学报. 2018(05)
博士论文
[1]多跳无线网络中最大化生存周期的协作路由算法研究[D]. 张继.湖南大学 2017
硕士论文
[1]认知无线Mesh网络中联合资源分配的路由技术研究[D]. 王荣.东北大学 2014
[2]认知无线多跳网络中的路由和资源分配研究[D]. 赖立人.浙江大学 2013
本文编号：3427853
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：132 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－２?ＣＲ动态频谱接入??１．１．２认知无线网络??认知无线网络（Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ?Ｒａｄｉｏ?Ｎｅｔｗｏｒｋ，?ＣＲＮ）是一种运用ＣＲ技术组建成的网??络，它允许未授权ＳＵ节点通过动态访问己授权ＰＵ节点的许可频谱来提髙频谱利用率
空闲的信道链路中以髙功率发送数据，也可以在ＰＵ节点占用的信道链路??中以较低功率发送数据Ｍ。??ｆ！?ｈ?ｉｓ?１１??ｉｉｌ?ｉＳＩＪ??Ｂ１?Ｂ２?Ｂ３?Ｂ７?Ｂ８?频潑带?Ｂ１?Ｂ２?Ｂ３?Ｂ７?Ｂ８?频谮带??图?１－３?（ａ）?ｉｎｔｅｒｗｅａｖｅ?图?１－３?（ｂ）?ｏｖｅｒｌａｙ??｜｜?ｋ?ｌｉｌｉ??Ｂ１?Ｂ２?Ｂ３?Ｂ７?Ｂ８?频谱带?Ｂ１?Ｂ２?Ｂ３?Ｂ７?Ｂ８?频请带??图?１－３?（ｃ）?ｕｎｄｅｒｌａｙ?图?１－３?（ｄ）?ｈｙｂｒｉｄ??图１－３?ＣＲＮ四种模式??（２）?ＣＲＮ体系结构??ＣＲＮ有两种体系结构，分别是集中式ＣＲＮ和分布式ＣＲＮ。集中式ＣＲＮ是基于基??础架构的ＣＲＮ。如图１－４?（ａ）所示，它由ＣＲＮ基站和ＳＵ节点组成，其中ＣＲＮ基站??通过收集所有与ＳＵ节点频谱相关信息来控制授权和非授权频段上的ＳＵ节点的传输。??ＣＲＮ基站根据所收集的信息为所有ＳＵ节点做出接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的决策。??如图１－４?（ｂ）所示，分布式ＣＲＮ是由许多ＳＵ节点组成的网络。这种网络没有基??础架构，ＳＵ节点之间以自组织、多跳的方式通信［１１］。ＳＵ节点之间可以直接通信，也??可以借助邻居节点以多跳的方式将数据发送到目的节点。网络中所有ＳＵ节点的地位相??等，不需要ＣＲＮ基站转发，从而可以减少ＣＲＮ基站负载。分布式ＣＲＮ具有快速组网??的特点，常用于军事、野外探险、抗震救灾等特殊环境中。从图１－４?（ｂ）还可以看出，??传输路径的选择对于分布式ＣＲＮ的多跳通信来讲是非常重要的研宄内容。??３??
?西南科技大学博士学位论文???图１４⑷集中式ＣＲＮ?图丨４?（ｂ＞分布式ＣＲＮ??图１Ｍ?ＣＲＮ两种体系结构??（３）?ＣＲＮ多跳通信??无线信号在传输过程中会随着通信距离的增加而减弱，一般使用多跳的方式来降??低功率和增加传输距离［１１］。ＳＳＵ与传输范围之外的其他ＳＵ进行通信时，需要ＳＵ中??继节点协作转发。借鉴无线传感器网络（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ?Ｓｅｎｓｏｒ?Ｎｅｔｗｏｒｋ，ＷＳＮ）和无线ｍｅｓｈ??网络等无线多跳网络的特点，ＣＲＮ多跳通信应运而生。多跳ＣＲＮ是由多个具有认知??决策的节点以多跳和自治的方式组成的网络［１２］。多跳ＣＲＮ既具有传统多跳无线网络的??优点，又具有的频谱感知、动态拓扑结构和多频段等ＣＲＮ特征。??ＣＲＮ多跳通信示意图如图１－５所示。在图１－５中，网络被分为主网络和次网络，??其中主网络是由具有授权频谱的ＰＵ节点组成的网络，而次网络是由多个ＳＵ节点组成??的多跳认知无线网络。ＳＵ节点在授信道上进行多跳通信时，ＳＵ节点不能影响ＰＵ节??点在该频段上的正常通信。??ＳＵ中继节点?＾?；??！频谱空洞．－二Ｊ?：?Ｔ?—Ｉ?ｆ?感知?ｉ频谱共享??！?＿「圓２＿＇?＿?４?圓．??图１－５?ＣＲＮ多跳通信场景示意图??多跳ＣＲＮ主要应用于军事、医疗、环境监测和灾害救助等场景［１３］。多跳ＣＲＮ节??点的频谱在时间和空间上具有动态性，从而引起路由协议也具有动态性。路由选择一??直是多跳ＣＲＮ最具挑战性的功能之一。多跳ＣＲＮ的路由过程由ＳＵ节点与邻居节点??间的协作完成［１４］。多跳ＣＲＮ路由协议必须解决以下问题：１）从源节点到目的节点的??路径；２）沿该路径使用的无线信道；３）
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于优先记忆库结合竞争深度Q网络的动态功率控制[J]. 叶梓峰,王永华,万频,杨贺淞,黄沛濠. 电讯技术. 2019(10)
[2]认知异构无线网络中传输速率最大化的频谱资源分配方法[J]. 董晓庆,程良伦,郑耿忠,王涛. 通信学报. 2019(09)
[3]无线多跳网络快速跨层资源优化分配算法[J]. 冯维,徐永鑫,刘浩,许晓荣,姚英彪. 电子与信息学报. 2019(05)
[4]绿色网络节能方案综述[J]. 耿海军,张爽. 计算机工程与应用. 2019(16)
[5]基于自私性与中心性的机会网络数据分流算法[J]. 张英杰,李建波,李英. 计算机工程. 2019(06)
[6]基于能量采集认知无线网中的资源分配方案研究[J]. 龙彦,张晓倩,方旭明,何蓉. 通信学报. 2018(09)
[7]Distributed Power Control Based on Linear Quadratic Optimal Controller for Cognitive Radio Network[J]. Shuying Zhang,Xiaohui Zhao. 中国通信. 2018(08)
[8]基于图着色的密集D2D网络资源分配算法[J]. 孙彦赞,范卫蓉,张舜卿,王涛,吴雅婷. 计算机工程. 2019(02)
[9]认知多源多中继协作传输中断概率[J]. 李新颖,李翠然,黄海燕. 吉林大学学报(工学版). 2019(01)
[10]基于稳定匹配的认知无线网络协作物理层安全机制[J]. 冯晓峰,高新波,宗汝. 电子学报. 2018(05)
博士论文
[1]多跳无线网络中最大化生存周期的协作路由算法研究[D]. 张继.湖南大学 2017
硕士论文
[1]认知无线Mesh网络中联合资源分配的路由技术研究[D]. 王荣.东北大学 2014
[2]认知无线多跳网络中的路由和资源分配研究[D]. 赖立人.浙江大学 2013
本文编号：3427853
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