一种认知无线网络中跨层优化的频谱接入算法

针对认知无线电网络中认知用户的机会频谱接入问题,本文提出了一种新的分布式跨层频谱接入的算法。此算法针对多认知用户贪心算法自私性的缺点,引入了分布式协作接入的方法,并给出了详细的算法流程和MAC层设计细节。仿真结果表明,本文提出的方案在系统吞吐量和频谱利用率的性能上具有良好的性能和可行性。     

一种改进的认知无线电频谱接入策略

认知无线电（Cognitive Radio）网络中,次用户在不干扰主用户的情况下即时接入检测到的空闲频谱以提高频谱资源的利用率。基于部分可观测马尔科夫决策过程的最优频谱接入算法计算复杂度较高,而基于贪婪算法的次优接入策略具有自私性,都不能有效的提高频谱利用率。本文提出一种新的频谱接入算法,该算法对贪婪算法的自私性进行了改进。由于贪婪算法只关注信道当前时隙的瞬时奖励值,导致最大奖励值相同的信道可能会有多个,因此给瞬时奖励值加上这些信道下一时隙的奖励值后重新选择,直至次用户选择出奖励值最大的一个信道。仿真结果表明,相比于传统的贪婪算法,改进算法虽然增加了一些计算复杂度,但有效提高了系统的吞吐量。     

基于部分可观察马氏决策过程的频谱接入方法

在次用户无法准确掌握信道被占用情况下,为了减少对主用户的干扰,提出了一种基于部分可观察马尔科夫决策过程（Partially Observable Markov Decision Processes,POMDP）的机会式频谱接入方法.该方法把次用户在每个决策时刻从多个信道中选择其中一个信道进行接入这一过程模型化为一个无限阶部分可观察马尔科夫决策过程. 仿真结果表明,通过不断从外界环境中学习,次用户总可以按照目标函数最大准则选择满意的频谱空穴.该模型为动态频谱接入提供了思路.     

基于Dec-POMDP的认知无线电网络频谱接入算法

针对认知无线电网络中认知用户（CR）的机会频谱感知及接入问题,提出了一种基于分布式部分可观测马尔科夫决策过程（Dec-POMDP）的多用户频谱接入算法。在该模型框架下,相邻CR用户通过交换接入策略,以区域策略梯度方向为基准,对各个CR用户的接入策略做出调整,从而得到最优联合接入策略。仿真结果表明：该算法有效降低了授权用户的容量损失,提高了空闲频谱的利用效率,能够更有效地做出接入决策。     

认知Ad Hoc网络能量有效频谱接入策略

针对认知无线Ad Hoc网络中次用户能量受限问题,提出一种基于能量有效性的机会频谱接入策略。联合考虑信道状态的时变性和次用户的频谱感知准确性,基于部分可观测马尔科夫决策过程（POMDP）建立了一种最大化能量有效性的分析架构,指导次用户选择能效最佳信道,并根据信念状态、信道增益和检测概率,自适应控制传输功率。仿真结果表明,该策略能够有效提高次用户传输的能量有效性,通过对传输功率的有效控制,实现了传输性能和能量开销的有效折中。      

基于POMDP的认知无线电自适应频谱感知算法

针对如何建立适合毫秒级频谱空洞场景的频谱感知机制这一问题,推导出最佳次级用户单次数据传输时间长度,解决了数据传输量最大化的问题;其次提出一种基于部分可观测马尔科夫决策过程（POMDP,partially observable Markov decision process）的自适应频谱感知算法,解决了快速接入毫秒级频谱空洞的问题。该算法根据上一决策时段的信念向量和感知结果自适应确定在当前决策时段内进行频谱感知或数据传输行为。仿真结果表明,该自适应频谱感知算法能够有效控制次级用户和主用户的冲突概率并增加频谱利用率。     

一种基于最优策略概率分布的POMDP值迭代算法

随着应用中POMDP问题的规模不断扩大,基于最优策略可达区域的启发式方法成为了目前的研究热点.然而目前已有的算法虽然保证了全局最优,但选择最优动作还不够精确,影响了算法的效率.本文提出一种基于最优策略概率的值迭代方法PBVIOP.该方法在深度优先的启发式探索中,根据各个动作值函数在其上界和下界之间的分布,用蒙特卡罗法计算动作最优的概率,选择概率最大的动作作为最优探索策略.在4个基准问题上的实验结果表明PBVIOP算法能够收敛到全局最优解,并明显提高了收敛效率.     

认知无线Mesh网络中基于马氏决策模型的MAC协议

为解决认知无线Mesh网络中专用控制信道较难获得的问题,提出一种基于POMDP的机会式频谱接入MAC协议,在不需要中心控制器和专用控制信道的协调下,实现动态频谱感知和接入。仿真结果表明,基于POMDP的接入策略能够有效提高网络频谱利用率和吞吐量,性能最优,而基于贪心算法的接入策略,在降低计算复杂度的同时,获得了较好的性能,实用性较强。     

动态自适应频谱的接入策略研究

认知无线电技术利用非授权频谱资源进行业务传输,缓和了目前通信业务飞速发展与频谱资源稀缺的矛盾。动态频谱接入技术通过感知频带,使认知用户能够伺机接入未被主用户占用的频谱空洞。但是在接入过程中,特别是在多个认知用户竞争接入相同的可用频谱资源时,往往面临认知用户间的冲突和各认知用户的QoS得不到保证的问题。文章重点介绍了目前国内外在多个认知用户接入策略上的一些研究成果,并对这些成果进行分析,提出了今后需要进一步研究的方向。     

基于认知无线电技术的动态频谱接入

文章介绍了基于认知无线电的动态频谱接入技术,并对其网络架构、关键技术以及目前的研究现状进行了详细分析。在此基础上探讨了动态频谱接入网络中采用跨层协议设计方法的必要性。     

基于预留最优信道机制的CR动态频谱接入研究

在认知无线电网络中,如何提高次用户的性能是当前研究的热点。针对等级覆盖式频谱接入模型进行研究分析,考虑了动态频谱切换过程,建立三维的持续时间马尔可夫链模型,计算出切换概率、阻塞概率、掉线概率,并综合分析各个参数对这些概率的影响。同时提出为主用户预留最优信道数的方案,数值结果表明此方案能有效降低次用户的切换概率和掉线概率,使次系统的切换概率、阻塞概率、掉线概率更加均衡,且提高了次用户系统的接入容量。     

异构密集网络下基于POMDP负载感知的负载均衡算法研究

针对异构密集网络场景中业务不确定性而引起的网络负载不均衡,该文提出一种基于部分可测马尔科夫决策过程(POMDP)负载感知的负载均衡方法。该方法首先通过对系统用户在感知周期内数据包传输数量进行观察,预测出下一周期系统可能出现的负载状态。其次根据负载感知结果动态调整小区范围扩展偏置值(DCRE),以达到优化系统整体负载均衡性的目的。最后采用启发式算法近似求解,能够快速得到次优解。仿真结果表明,该方案能在异构密集网络下提高系统负载均衡性,同时提升了系统吞吐量与系统资源利用率。     

一种基于认知无线电的动态频谱接入MAC方案

在传统的无线通信系统中,频谱的分配是固定的。但是由于通信过程的突发性,这些频谱的使用率很低。另一方面,随着无线通信和多媒体的高速发展和广泛应用,无线频谱资源日趋紧张。如何提高频谱利用率已经成为迫切需要解决的问题。一种可行的思路是把这些授权频谱向未授权用户开放,未授权用户采用动态频谱接入技术,在不对授权用户造成干扰的前提下使用频谱。本文以认知无线电技术(Cognitive Radio,CR)为基础,提出了一种基于CR的动态频谱接入MAC方案(CR-Ad Hoc-MAC)。该方案允许未授权用户自适应地选取可用带宽,实现了动态频谱接入,有效地提高了频谱利用率。     

基于K-均值聚类的动态频谱接入技术

为了有效降低次用户接入授权信道时对主用户造成的干扰以及次用户被阻塞的概率,提出了一种基于K-均值聚类的动态频谱接入方法.该方法首先将关注的频谱划分为若干子信道,尔后对每个子信道进行特征提取,借助频谱特征,用K-均值算法对子信道进行聚类,将子信道分别纳入白色、灰色和黑色频谱池.次用户在接入信道时,重点选择白色频谱池中的信道接入.理沦分析和仿真结果表明,利用该方法能够有效降低次用户对主用户的干扰和次用户被阻塞的概率,提高信道接入效率.     

基于动态频谱接入的应急移动通信系统

新兴的动态频谱接入(DSA)技术可以解决频谱稀缺问题.本文在研究荷兰典型的下一代应急网络xGEN的基础上,分析了DSA在应急通信网络中的应用需求,设计了分级混合网络架构的DSA应急移动专用通信网络及其基于软件无线电(SDR)平台的快速可重配置的应急终端结构,并探讨了DSA设备特有的动态频谱管理功能实现的关键技术.     

感知时间等比缩减的机会频谱接入算法研究

以认知无线电(Cognitive Radio,CR)技术为基础,以电视频谱资源研究为实例提出了一种基于感知时间等比缩减的机会频谱接入算法(SGPR)。该算法与其他固定感知时间长度算法比较,相对缩减了频谱感知时间,增加了系统传输时间,从而提高了认知网络系统的吞吐量,仿真验证了该算法的有效性。     

基于主动频谱感知接入的认知无线电台研究

讨论了所研制的工作于30-512 MHz的基于主动频谱感知接入的认知无线电台。该电台实现了认知无线电动态频谱接入最为关键的几大功能：频谱感知、频谱会合、频谱监视,以及频谱切换。试验结果表明,该电台具备在不依赖于公共控制信道的情况下自动寻找空闲信道建立链路的能力,也具备在当前通信信道上出现主用户信号或其他干扰信号时自动切换到其他空闲信道上继续通信的能力,为认知无线电技术的实用化提供了很好的借鉴。     

Variable length signal detection framework for cognitive radio systems

The cognitive radio (CR) system opportunistically utilizes the frequency bands temporally unoccupied by the primary user. In the CR system, the energy or cyclostationary detector is used to detect the primary user signal. For protecting the primary user tightly, the signal detection time can be very long, which leads to inefficiency in the CR system. Thus, we propose a novel signal detector that greatly reduces the average detection time. The proposed detector periodically decides whether it terminates the detection process or receives more input signal for more information. Therefore, the proposed detector has variable detection time. We will call the proposed detector the variable length signal detector (VLSD). The VLSD is designed by using a partially observable Markov decision process framework for optimal performance. We present the numerical results showing that the VLSD requires much smaller average detection time compared with the traditional fixed length signal detector to achieve a given detection error probability. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.