M&S模型及其在无线多跳网络时间同步中的应用

萤火虫同步现象广泛存在于物理世界中.人们已经对它建立了多种数学模型,试图进行解释,其中最有名的就是M&S模型.近年来,随着基于时戳的时间同步技术在无线多跳网络中遇到了难以克服的困难,人们开始考虑将M&S模型引入无线多跳网络的时间同步中.然而,传输时延的存在以及非全连接的网络拓扑是M&S模型在应用时必须面对的障碍.重点介绍了近年来在这两个问题上的最新研究进展,并且在GAINS无线多跳网络测试床上对基于M&S模型的时间同步算法的同步效果进行了测试.测试结果表明:基于M&S模型的时间同步算法确实能够达到一定精度的同步.     

基于联盟构造博弈的认知无线电网络分布式多目标协作感知算法

协作感知技术可提高认知无线电网络中的频谱资源利用率,但网络节点在形成协作感知联盟的同时也不可避免地引入了额外开销,联盟内节点总希望用较少的额外能量开销达到较大的吞吐量期望.为此,文中提出了协作感知系统的多目标非线性优化问题,然后基于联盟博弈理论为该问题构建了一个不可转移支付的联盟构造博弈模型,在其核心的支付函数的设计中,采用线性加权和的方法同时考虑了节点吞吐最期望和能量消耗两个优化目标.基于该函数,提出了一种分布式多目标联盟构造算法DMCF,其核心是根据优超算子所定义的联盟的帕累托顺序,循环地对联盟进行合并和分裂操作.此外,还证明了DMCF的收敛性和最终联盟划分的稳定性.仿真实验的结果表明,DMCF可有效解决提出的多目标优化问题,与一种分布式随机联盟构造算法DRCF相比,DMCF总能使节点消耗较少能量却达到相对较大的吞吐量期望.在不同网络规模下,DMCF可获得的节点平均吞吐量期望可提升约7.5％,而节点平均能量消耗却可降低约70％.     

基于QoS的分布式认知无线电网络多信道MAC协议

在分布式认知无线电网络中,动态资源利用不足和中心控制单元的缺失使其MAC层协议的设计面临很多挑战。针对认知无线电网络的特点,提出了一种新的MAC协议,该协议通过在信道预约阶段优先考虑对时延要求较高的应用,来保证网络对这类应用的QoS;同时还解决了认知无线电网络中频谱的利用率低和隐藏终端两个热点问题。为分析研究该协议的性能,首先提出了一种新的分析模型。然后将这种新的MAC协议与两种典型的MAC协议进行了仿真对比,结果表明该协议提高了网络的吞吐量。最后通过数值分析和仿真证实了本协议设计简单高效,具有较高的频谱利用率,不但满足了时延敏感性应用的QoS需求,而且还能有效地解决多信道隐藏终端的问题。     

认知无线电网络中分布式频谱分配策略的研究

研究认知无线电网络中的分布式频谱资源分配策略对提高频谱资源利用率具有重要的意义.基于动态议价博弈模型并结合最佳单位带宽定价,对认知无线电网络中主用户和认知用户的收益进行建模,在此基础上提出一种高效的基于议价博弈的分布式频谱分配策略(Bargaining Game-Distributed Spectrum Allocation Strategy,BG-DSAS).分别分析了两用户和N用户条件下的策略方案,并给出了实现BG-DSAS频谱分配策略的算法流程.仿真实验从多个角度分析了策略的合理性和有效性.     

一种基于认知无线电的无线传感器网络邻点搜索算法

为了提高无线传感器网络中节点在多个频点工作环境下的搜索效率,提出了一种基于认知无线电技术的节点搜索算法。在分析了影响节点成功搜索的各个因素并映射这些因素到算法中相应参数的基础上,通过多种方法建立了各参数之间的联系并得出了在一定使用情况下的最优配置。算法既汲取了认知无线电中对频点利用率高、抗干扰能力强和安全性好等优点,还克服了其相对于定频通信在节点搜索能力方面的不足。     

认知无线电网络频谱分配与协作集划分算法

针对协作认知无线电网络中较为复杂的多主用户与多次级用户共存场景,提出联合频谱分配与协作集划分问题,并将该问题形式化描述为整数0-1非线性规划问题,证明其是NP-hard的.首先,设计了集中式的遗传算法CGA(centralized genetic algorithm)对问题求解,对该算法进行齐次有限马尔可夫链建模并对其全局收敛性进行了分析;随后,提出了一种包含两阶段的分布式遗传算法DGA(distributed genetic algorithm),包括基于最小支配集的分簇与频谱预分配阶段和簇间协作集协商与簇内适应值精化阶段.此外,还提出一种快速收敛的DGA算法(fast-convergent DGA,简称FDGA)缩短分布式算法运行时间.仿真实验结果表明,根据能反映出算法性能的适应值结果对各算法进行比较:(1)小规模网络下CGA获得的解平均为通过穷举算法得到的最优值的92％;(2)随着网络规模的扩大,由于CGA搜索空间增大,DGA,FDGA在达到相同停机条件时获得的适应值比CGA提高约20％;(3)与DGA相比,FDGA虽能得到与DGA相近的结果,但却大大缩短了算法收敛的时间,更适应于大规模网络应用.     

煤矿井下时间敏感网络分布式精确时间同步算法

为满足煤矿井下网络海量节点间时间同步高精度、低能耗需求,基于多Sink节点非均匀分簇结构的煤矿井下时间敏感网络(TSN),提出了一种分布式精确时间同步算法。煤矿井下TSN分为3层:包含所有Sink节点的TSN汇聚层;Sink节点与各自通信半径内所有簇首节点组成的主网络;簇首节点与簇中普通节点组成的次网络。TSN汇聚层应用gPTP算法实现Sink节点间纳秒级时间同步;主网络中采用基于卡尔曼滤波的优化算法预测并补偿频偏、相偏和噪声误差,提高网络时间同步精度;次网络利用基于广播的单双向混合同步算法减少同步消息包数。仿真结果表明,该算法能有效提高网络时间同步精度与稳定性,减少网络时间同步能耗。     

认知无线电网络基于QoS的监听时间与资源联合分配

以最大化所有认知无线电用户(CRU)的吞吐量为目标,同时保证每个CRU的服务质量(QoS)约束,研究了联合最优监听时间和资源分配问题,并基于此提出了一种监听时间与资源联合分配算法.在多信道认知无线电网络中,频谱监听和资源分配都会影响网络的吞吐量.兼顾二者的联合优化问题可以被分解为两个子问题:固定监听时间的资源分配问题, 以及固定资源分配策略的最优监听时间一维穷举搜索问题.提出的算法可以通过穷举搜索获得最优监听时间,并通过次梯度算法获得最优资源分配策略.仿真结果表明,提出的最优监听时间与资源分配算法可以最大化认知无线网络的吞吐量; 此外,各认知用户的QoS需求也能得到保证.     

认知无线电网络中的分布式协作感知算法*

针对认知无线电中频谱感知的问题,讨论了分布式协作感知场景下最优的感知算法。介绍了经典的基于放大前传（AF）、解码前传（DF）和选择中继（SR）的分布式协作方案,包括模型、检测概率和虚警概率。提出了一种新的分布式协作感知算法,该算法将原始统计量和信噪比发送给协作用户,减少信道噪声对最后决策结果的影响。运用似然比准则推导出了最优的加权系数,以及决策函数。对几种协作方案的中断概率进行理论推导,并用数值仿真的方法验证了算法在中断概率上的性能。仿真结果表明,提出的方法在检测概率和中断概率上远优于其他分布式协作方案,但该方法需要协作用户间无损耗的传输,这也给实际的应用提出了很大的挑战。     

基于区域扩散机制的无线传感器网络时间同步算法

针对当前无线传感器网络时间同步算法无法满足物联网对于网络实时性的要求,提出了一种基于区域扩散的无线传感器网络时间同步算法。该算法分为两个阶段进行:第一阶段根据生物觅食理论(OFT),按照收益率最高的原理提出一种代言人信息选择算法(SIE)进行区域内时间同步;第二阶段根据时间偏移量最小节点选择区域代言人并在区域之间进行二次同步,同时将同步过程映射到马尔可夫链,提出基于马尔可夫链的代言人加速算法(MarSAA)。理论分析和实验证明,提出的算法具有较好的时间复杂性;并且两阶段算法可以并行进行,相对于传统算法在全网时间同步上具有非常好的性能。     

基于分布式系统的时间同步与容错策略的研究

分布式系统中时间同步应用日益广泛，本文研究了分布式系统时间同步技术及时间同步容错策略，给出了误差估算方法，并将滑动窗口演算法应用于时间同步容错策略。     

基于频谱感知的认知Ad hoc网络分簇算法

为了提高认知Ad hoc网络频谱感知效率,解决认知Ad hoc网络分簇问题,本文提出一种基于频谱感知的认知Ad hoc网络分簇算法。通过引入检测因子,综合考虑多个主用户信号交叠与阴影衰落的情况,将认知Ad hoc网络中的次用户节点与需要检测的主用户信道建模为二部图模型,使得分簇问题简化为最大权边二部图（Constraint maximum-weight edge biclique, C-MWEB）分解问题,并设计一种贪婪算法对其求解。仿真结果表明,在多个主用户信号交叠与阴影衰落并存的情况下,相较于传统算法,本文算法分簇更为合理,具有更好的有效性与可靠性。     

基于时频资源分配的认知无线中继网络物理层安全研究

提出了一种在认知无线中继网络物理层安全意义下的最优时频资源分配方案。在该方案中,主用户通过次用户的协作进行通信;作为回馈,允许次用户接入该频段传输信息。在次用户网络中,选择两个最优次用户,一个用作协作转发,一个用作协作干扰,同时在保证次用户网络传输速率的条件下,通过寻求系统的最优带宽分配因子、时隙分配因子以及次用户的协作功率,来最大化主用户的安全容量。仿真结果表明,提出的方案切实可行,能够显著提高主用户的安全容量。     

分布式数据采集与监控系统的时间同步及其软件编程

时间同步技术的应用越来越广泛,同步精度越来越高。介绍一种利用ＧＰＳ实现分布式数据采休与监迭系统高精密时间同步的基本原理,给出了系统级的时间同步程序设计和装置的时钟同步技术。     

协作认知无线网络中基于功率分配的安全波束成形

在协作认知网络中,针对次用户作为转发中继时主用户信息容易被窃听的问题,本文提出了一种基于功率分配的安全波束成形设计方法。首先,根据任意转发波束成形功率占比,以次用户的传输速率最大化为优化目标,构建安全波束成形设计联合优化问题。然后,将所述目标优化问题转换为凸优化问题;最后,通过一维搜索转发波束成形功率占比获得全局最优解,完成认知无线网络的安全波束成形设计。仿真分析表明,本文所提方法在保证主用户信息安全的同时可实现次用户的传输速率最大化。     

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.     

基于工业无线网络的协作时间同步协议

基于空间平均而非传统时间平均的思想,协作同步技术为无线传感器网络的时间同步提供了一种新的解决方案.结合工业无线网络的特点,利用无线传感器网络的广播特性,提出了一种源于空间平均思想的协作时间同步协议.该协议根据网络的实时状况,调整处理时间同步信息在空间和时间上的比例,以期达到高精度、高可靠性的目标、仿真实验表明,该协议比单一采用时间平均思想的时间同步协议具有更优异的性能.