一种基于认知无线电技术的能效传输控制方案

提出了一种基于认知无线电（CR）技术的跨层传输控制方案,该方案在满足与主用户冲突率约束及缓存器状态约束的前提下,最小化系统平均功率消耗。该方案被建模为约束马尔可夫决策过程（CMDP）,并采用线性规划（LP）求解此CMDP。引入状态聚合来解决CR网络中信道状态信息在某些情况下不可获取的问题。为降低LP的求解复杂度,通过状态聚合和行动集缩减解决CMDP的维灾问题。仿真结果表明,方案能够在满足约束的条件下最小化功率消耗,而且低复杂度的求解方法对该方案性能的影响很小。     

认知无线电中一种n步串行信道感知策略

为了提高频谱感知的整体性能,基于链路层多认知用户集中式协作感知思想,提出一种带缓冲区的双周期n步串行协作感知机制.该机制利用多认知用户分时、分段协作提高频谱感知效率,建立频谱池缩短被中断用户切换延迟时间,使用离散马尔可夫模型对感知参数建模,通过求解最优搜索步长和双感知周期比,提高认知用户频谱感知性能和QoS.仿真实验结果显示,该算法在感知效率、被迫中断概率和中断时间方面均优于随机搜索和传统串行搜索策略.     

面向实际信道观测环境的时限约束无线下行调度策略

时限约束无线下行传输广泛应用于各类关系国计民生的实时通信业务,要求每个数据分组在严格传输时限内进行高可靠性传输.尽管如此,基站往往不能完全观测自身与各设备之间的信道状态,而需要借助反馈所携的信息对信道状态进行观测,从而增加了下行调度策略的设计难度.文章基于此实际信道观测环境设计时限约束下行调度策略,允许基站根据当前数据...     

一种新型的认知无线电网络架构

网络宽带化、业务多样化以及现有的固定频谱管理模式使无线网络面临资源日益匮乏的巨大挑战。动态变化的异构网络环境更加剧了资源紧缺和业务需求之间的矛盾,严重制约了现有和未来无线网络的部署和运行。为解决以上难题,首先对现有无线网络协议进行了详细讨论与分析,总结出其自身特点和存在的问题,包括IEEE 802.22认知功能、IEEE 1900.4认知功能和ETSI RRS(重配置无线子系统)认知功能。在深入研究无线网络中认知理论与方法的基础上,提出一种全新的认知无线网络架构模型,包括系统频谱管理、网络规划管理、重配置管理、无线资源管理、认知环处理以及认知信息承载方式。该架构能够更好地协调和支持网络的学习、推理、预测、融合、决策和重构等行为。     

大规模认知无线电网络的时延分析

时延作为无线网络的最基本的性能之一,对网络信息分发、路由协议设计、节点部署等都具有重要意义。与传统的无线网络不同,认知无线电网络的频谱资源具有动态变化性,该特性会对网络时延产生极大的影响。因此,如何对动态频谱环境下的大规模认知无线电网络进行时延分析,是一项很具挑战性的课题。为此,首先对动态频谱环境进行建模,将认知用户的频谱接入过程建模为一个连续时间的马尔可夫链,并建立认知用户的生存函数来量化授权用户活动以及信道数量对频谱环境的影响;其次,将上述模型与首次通过渗流理论结合起来,研究了大规模认知无线电网络时延的伸缩规律,并获取了更为精确的时延与距离比的上限值。理论分析及仿真结果表明,动态频谱环境与密度一样会对时延产生极大影响。研究结论对认知无线电网络的设计具有重要的指导意义。     

基于认知无线电技术的动态频谱分配方案研究

本文在分析认知无线电技术及其相关问题的基础上,提出一种基于认知无线电技术的动态频谱分配方案,并通过仿真实验对于该方案的可行性进行分析验证,以促进无线网络基础的进一步发展与推广应用。     

认知无线电网络频谱动态变化实时路由算法

针对认知无线电网络中传统路由协议存在的缺陷, 提出了一种频谱动态变化实时路由算法(DSVR)。该算法在频谱动态变化过程中, 利用马尔可夫状态转移, 及时调整路由, 在一定程度上对网络中的优质资源进行充分使用, 且能获得更低的传输时延。最后, 仿真结果表明, 在信道可用率、可用信道数、节点个数为评估参数下, DSVR比传统路由协议具有更低的端到端平均时延。     

认知无线电网络一种自适应切换机制的Markov建模分析

为了提高认知无线电网络(CRN)的利用率和吞吐量性能,提出了一种新的主用户优先的自适应频谱切换机制。强调主用户的优先地位,并考虑主用户到达率对次用户的通信影响和限制次用户对主用户的干扰功率,次用户以此自适应地决定执行主动切换机制或被动切换机制。在此自适应切换机制下建立了主次用户之间的Markov链,求出了相应的稳态概率,由稳态概率和不同状态下的吞吐量推导出系统吞吐量和信道利用率的解析表达式。又对次用户之间的通信建立了一个Markov链,推导出次用户之间传递控制信息的时间。数值结果表明提出的新的自适应切换机制比基于CSMA的接入方法具有更高的系统吞吐量和信道利用率,并且可以求出次用户之间的传递时间。     

认知无线电网络信道交汇研究综述

认知无线电技术被认为是解决目前频谱资源利用率低下问题最有前景的技术,基于该技术,认知无线电网络采用动态频谱接入方式有效地提高了授权频段的利用率.然而,动态变化的信道可用性极大地增加了认知无线电网络组网的难度.信道交汇旨在为用户通信提供公共传输媒介,是实现无线网络组网的基础.介绍了认知无线电网络信道交汇的基本概念和特点,并阐述了信道交汇策略设计面临的挑战以及应考虑的性能指标.提出了信道交汇策略的分类标准和系统模型,根据该分类标准,详细剖析了当前信道交汇策略相关的研究工作.最后,讨论了认知无线电网络信道交汇研究的开放性问题,以期为未来的研究指出可能的方向和重点.     

CRN中基于单位圆盘图模型的广播调度算法

广播调度是目前认知无线电网络中的研究热点之一,现有广播调度算法主要为近似算法,存在方案性能与最优解方案差距太大的问题。为此,提出一种基于单位圆盘图模型的广播调度算法BS-UDGM。构建一棵基于连通支配集的广播树,作为调度的基础结构,采用平面细分和着色技术对广播树进行优化,通过混合使用单播和广播通信模式,完成广播任务。仿真实验结果表明,相比其他调度算法,该算法在延时和冗余方面的性能明显提高。     

协作认知无线网络中的功率优化及中继选择策略

近年来,认知无线电技术与协作通信技术相结合,具有在平坦衰落无线信道环境中增加用户吞吐量,提高频谱利用率等优势,因而被广泛研究与应用。如何在协作认知网络中有效的实现主要用户和认知用户的频谱共享,亦即如何在众多的认知用户中选择合适的认知中继集是一个基本的问题。本文通过确定并优化主要用户和认知用户效用函数来解决该问题,因采用了纳什均衡理论,故称之为基于博弈论的多中继选择算法(Multiple Relay Selection based on Game Theory ,GTMRS)。在任一认知中继集合中,认知用户之间能够形成非合作功率的博弈模型, 可基于纳什均衡得到认知用户的优化协作功率分配算法。在寻找一组确定的中继集合来实现主要用户效用的最大化过程中,文章引入了修改的信道调和平均数因子,其目的是移除信噪比较小的中继节点,以最大化系统的信噪比。仿真结果显示,该算法能够使更多的认知用户接入到授权频谱中,同时使得主要用户获得更大的效用以及传输速率。因此,基于博弈的多中继选择算法能够有效选择合适的认知中继,并获得主要用户和认知用户在效用上的最优化。     

认知无线网络中混合式频谱分配策略及性能研究

针对认知无线网络中的非实时业务,考虑集中式频谱分配可以实现全局优化,分布式频谱分配具有更好灵活性的特点,引入随机退避和控制中心调度的协作机制,提出一种混合式频谱分配策略.基于系统中授权用户和认知用户分别占用的信道个数,建立一个二维Markov模型,在认知用户理想感知的前提下,给出系统的转移概率矩阵,并进行系统模型的稳态分析.导出混合式频谱分配策略下的信道利用率、认知用户中断率及阻塞率等系统性能指标,并通过系统实验,定量的刻画认知用户数,认知用户到达率及信道数对系统性能的影响.     

Optimal Deterministic Broadcasting in Known Topology Radio Networks

We consider deterministic broadcasting in radio networks whose nodes have full topological information about the network. The aim is to design a polynomial algorithm, which, given a graph G with source s, produces a fast broadcast scheme in the radio network represented by G. The problem of finding a fastest broadcast scheme for a given graph is NP-hard, hence it is only possible to get an approximation algorithm. We give a deterministic polynomial algorithm which produces a broadcast scheme of length , for every n-node graph of diameter D, thus improving a result of Gąsieniec et al. (PODC 2005) [17] and solving a problem stated there. Unless the inclusion NP BPTIME( holds, the length of a polynomially constructible deterministic broadcast scheme is optimal.A preliminary version of this paper (with a weaker result) appeared in the Proc. 7th International Workshop on Approximation Algorithms for Combinatorial Optimization Problems (APPROX’2004), August 2004, Harvard University, Cambridge, USA, LNCS 3122, 171–182. Research of the second author supported in part by NSERC discovery grant and by the Research Chair in Distributed Computing of the Université du Québec en Outaouais. Part of this work was done during the second author’s visit at the Max-Planck-Institut für Informatik.     

认知无线网络的认知能力保障方法研究综述

认知无线网络通过对无线环境的感知获得频谱空洞信息,并以动态频谱接入为关键技术,机会地使用空闲频谱,与传统的无线网络相比,具有更高的网络通信资源利用率。认知能力作为认知无线网络的本质属性,其安全保障直接关系到认知无线网络的实用化进程。由于网络结构的复杂性、节点的移动性等问题,认知能力在各个认知环节中均面临不同程度的安全威胁。首先从认知循环:认知通信、资源感知、推理决策和服务适配4个环节分析认知能力保障所面临的安全问题以及相应的解决方案,然后总结现有方法的不足和缺陷,提出认知能力保障策略基于信任机制的发展趋势;最后指出未来认知能力保障领域所面临的挑战,并对该领域的研究方向进行了展望。     

A Dynamic Pickup and Delivery Problem in Mobile Networks Under Information Constraints

This paper considers a network in which a set of vehicles is responsible for picking up and delivering messages that arrive according to a Poisson process. Message pickup and delivery locations are uniformly distributed in a convex region. The vehicles are required to pickup and deliver the messages so that the average delay is minimized. It is required that the vehicle that picks up a message must be the one to deliver it. This problem is called the dynamic pickup and delivery problem (DPDP) and has applications in the context of autonomous vehicles and wireless ad hoc networks.      

Queuing-Based Dynamic Channel Selection for Heterogeneous Multimedia Applications Over Cognitive Radio Networks

In this paper, we propose a dynamic channel-selection solution for autonomous wireless users transmitting delay-sensitive multimedia applications over cognitive radio networks. Unlike prior works that seldom consider the requirement of the application layer, our solution explicitly considers various rate requirements and delay deadlines of heterogeneous multimedia users. Note that the users usually possess private utility functions, application requirements, and distinct channel conditions in different frequency channels. To efficiently manage available spectrum resources in a decentralized manner, information exchange among users is necessary. Hence, we propose a novel priority virtual queue interface that determines the required information exchanges and evaluates the expected delays experienced by various priority traffics. Such expected delays are important for multimedia users due to their delay-sensitivity nature. Based on the exchanged information, the interface evaluates the expected delays using priority queuing analysis that considers the wireless environment, traffic characteristics, and the competing users' behaviors in the same frequency channel. We propose a dynamic strategy learning (DSL) algorithm deployed at each user that exploits the expected delay and dynamically adapts the channel selection strategies to maximize the user's utility function. We simulate multiple video users sharing the cognitive radio network and show that our proposed solution significantly reduces the packet loss rate and outperforms the conventional single-channel dynamic resource allocation by almost 2 dB in terms of video quality.      

认知无线电网络信道选择机制

认知无线电网络通过动态频谱接入来提高无线频谱资源利用率,而节点目标信道选择的优劣直接决定了频谱接入性能的好坏. 本文首先综合考虑信道增益和空闲时间两种因素,设计以实现最大化系统容量的目标信道选择机制,然后引入信道热度概念,提出一种多属性决策信道选择机制. 仿真结果表明,多属性决策信道选择机制在系统吞吐量和频谱利用率性能上都有明显的提高.     

认知无线网络信道接入协议

由于认知无线网络(cognitive radio network,简称CRN)固有"二次利用"的特性,使其日益得到重视.而作为CRN核心构成的MAC(medium access control)协议,业已成为当前各研究机构的一个热点.主要对频谱感测技术、信道接入技术等MAC层核心设计问题进行了探讨,并针对认知无线网络MAC的特性及需求进行了分析,然后对设计MAC频谱感知技术、信道接入技术、频谱共享技术等相关研究进展进行了归类总结.最后指出了当前面临的主要研究难点及挑战,并提出了一些方向性建议.     

MAC Protocols for Cognitive Radio Networks

由于认知无线网络(cognitive radio network,简称CRN)固有“二次利用”的特性,使其日益得到重视.而作为CRN核心构成的MAC(medium access control)协议,业已成为当前各研究机构的一个热点.主要对频谱感测技术、信道接入技术等MAC层核心设计问题进行了探讨,并针对认知无线网络MAC的特性及需求进行了分析,然后对设计MAC频谱感知技术、信道接入技术、频谱共享技术等相关研究进展进行了归类总结.最后指出了当前面临的主要研究难点及挑战,并提出了一些方向性建议.