动态频谱访问无线网络的研究展望

动态频谱访问技术能有效解决无线通信中频谱稀缺与频谱利用率低的问题。该文介绍了频谱开放的趋势以及认知无线电、超宽带等相关无线电技术，描述了动态频谱访问网络的体系结构，从频谱侦听、频谱分析、频谱共享、频谱切换等方面探讨了动态频谱访问网络的资源管理，介绍了其路由、传输层、QoS协议设计，给出了研究方向。     

基于能量优化的认知无线电网络组播路由协议

针对认知无线电网络节点动态频谱分配的特点,利用静态博弈方法,根据次用户占用频谱越宽所造成干扰越大,建立基于价格惩罚机制的古诺模型解决频谱分配问题,通过求解纳什均衡,频谱利用率达到最优。根据最小增量按需驱动思想建立了节约能量的组播树,提出基于能量优化的适用于认知无线电网络的按需组播路由协议。     

混合式动态频谱接入协议的研究

为了避免认知用户对主要用户的干扰,实现了频谱移动性的要求,提出了一种Ad Hoc认知无线电网络下的动态频谱接入协议.先使用分布式频谱侦测技术,建立基于AdHoc认知无线电的网络模型.认知用户利用马尔科夫模型预测可用频段,从而在每个时隙选择预测的可用频段进行侦测,降低设备技术要求,并节约能量.最后,给出了相应的认知无线电频谱接入方案和频谱分配算法,为每一条空闲频段选择合适的通信组,实现系统频谱利用的最大化.     

基于稳定性的认知Ad Hoc网络路由协议

针对认知无线电Ad Hoc网络中各个节点可用频谱的多样性、时变性和差异性的问题,传统路由协议不能适用于认知无线电Ad Hoe网络,提出了一种基于稳定性的路由协议.该协议综合考虑认知无线电Ad Hoc网络特性,通过计算每个节点的稳定性并引入分集传输,进行传输模式选择和信道选择,利用包括路径稳定性、路径跳数、路径信道切换次数的路由尺度进行路径选择.仿真分析表明,该协议能减少路径信道切换次数,提高路径稳定性和路径建立成功概率.     

认知无线电自组织网络MAC协议

随着无线频谱资源短缺问题的日益突出,认知无线电网络得到了广泛关注和研究.在这类网络中,媒体接入控制MAC协议是关键技术之一.特别是在认知无线电自组织网络中,因为缺乏中心基础设施的支持,MAC协议的设计面临着巨大的挑战.除了媒体接入控制等传统问题之外,这些挑战还包括如何保证主用户的业务质量,如何有效认知并管理频谱资源等.文中首先介绍了认知无线电自组织网络MAC协议的最新研究进展,然后对一些典型协议进行了比较分析,最后对未来的研究方向进行了探讨.     

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。     

认知无线电网络备份路由协议研究

在认知无线电网络,由于非干扰性要求,次用户使用的频段会意外被主用户抢占.这种频段抢占可能频繁发生,它给可靠通信带来巨大的影响.提出一种面向可靠路由的备份路由协议,该协议将机会频谱、链路中断及节点失效考虑在内.仿真实验表明,所提出的新协议能有效地克服间歇连接、减小路由开销和提高数据传输的有效负载.     

认知无线电网络传输层协议设计探讨

认知无线电是当前的研究热点,然而对认知无线电网络传输层协议的研究却很少.本文从认知无线电的概念出发,介绍了TCP在无线环境中存在的问题,以及改进无线TCP性能所需要考虑的因素,结合认知无线电自身特点,指出了进行认知无线电网络传输层协议设计的思路.     

基于认知无线电的QoS路由算法

一般无线网络的路由协议不适合直接应用于认知无线电网络,需要提出一个新的路由算法以满足认知无线电网络端到端的服务质量(QoS)性能。认知无线电网络中的节点可以自主地进行信道选择和频谱切换,从而最大限度地满足流量需求和避免流内竞争。结合按需路由的基本流程,在充分考虑信道容量和流内竞争所带来的干扰对路由选择的影响下,提出了适用于认知无线电网络的基于容量和干扰的路由算法。仿真结果表明,基于容量和干扰的路由算法比另两种路由算法具有更好的端到端QoS性能。     

认知无线电网络中的频谱感知安全机会路由协议

针对认知无线电网络中频谱的动态特性及潜在的节点选择性转发问题,提出频谱感知安全机会路由S2OR协议。在频谱感知阶段,通过对主用户活动建模来分析认知节点之间链路的可用概率。在路由选择阶段,采用信任管理方式来考查节点转发行为的可靠性,以便选择可信任的中继节点并保证数据传输的完整性。协议通过获取局部网络状态信息,计算由链路可用概率、链路质量和节点信任度构成的综合型指标——期望吞吐率,允许认知节点在此基础上机会式地选择候选转发节点与数据信道。仿真结果表明,S2OR能够很好地适应频谱动态特性,获取较高的吞吐量,同时减小节点恶意攻击带来的影响。     

基于时间预测的多跳频谱切换算法研究

针对集中控制认知无线网络,在考虑频谱异构特性的同时,为保证频谱切换业务的服务质量,提出了一种多跳频谱切换算法。通过建立用户移动模型来预测分配信道的可使用时间;设计出路径中不同类型节点的路由处理方法;认知基站根据预测最短路径时间和路由请求包中的时间戳来选择最优路径。仿真结果表明,提出的多跳频谱切换算法能够大大降低切换阻塞概率,提高信道利用率;用户移动对信道可使用时间有着显著的影响。     

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。     

认知无线电网络安全路由问题研究

认知无线电是一种智能频谱共享技术,可显著提高频谱的利用率。根据认知无线电在国内外的研究现状以及该技术的应用发展趋势,给出了认知无线电网络中安全路由的一个研究体系。该体系以一种混合式的网络结构为基础,将身份认证,密钥分配,组播树的创建,对当前空闲频谱信息进行合理定价,递减式组播模式以及跨层设计路由等问题结合在一起,形成了一个较为完备的认知无线电网络安全路由问题体系,为未来认知无线电安全路由的研究开拓了一条新路。     

认知无线电网络中QoS组播路由调度

在多跳认知无线电网络中,组播的信息通常要经由多个中间节点的转发才能到达最终的目的节点。现有的研究中已经有很多的组播路由协议,然而这些协议都是基于传统无线网络的,并不适合新型的认知无线电网络。本文解决的的问题是:在多跳无线网络中,给定一个具有QoS要求的组播请求,如何建立组播路由以及对路径节点进行传输调度,使得在满足QoS要求下整个传输过程的带宽消耗最小。本文提出了一个分布式的组播路由协议来解决该问题,该协议不仅实现了路由过程的建立,同时还完成了对节点传输过程的合理调度。实验结果证明本文的传输调度策略能有效地减少网络的带宽消耗,同时增加组播请求响应的成功率。     

基于自认证的认知无线电密钥交换协议研究

开放频谱策略使得认知无线电网络面临比传统网络更为复杂的安全威胁.频谱切换引发时延,降低认知无线电网络密钥交换协议的性能.为解决这一问题,提出一种适合认知无线电网络的密钥交换协议,在分簇基础上根据切换时延使用旅行商问题和组播路由树提高簇内和簇间路径选择效率.簇间和簇内使用基于自认证的多方密钥交换协议,不仅可以防止被动攻击,也可以阻止主动攻击,保证认证和密钥协商同步进行,其运行效率为O(2m),m为簇中节点数量.     

End-to-end protocols for Cognitive Radio Ad Hoc Networks: An evaluation study

Cognitive radio ad hoc networks (CRAHNs) constitute a viable solution to solve the current problems of inefficiency in the spectrum allocation, and to deploy highly reconfigurable and self-organizing wireless networks. Cognitive radio (CR) devices are envisaged to utilize the spectrum in an opportunistic way by dynamically accessing different licensed portions of the spectrum. To this aim, most of the recent research has mainly focused on devising spectrum sensing and sharing algorithms at the link layer, so that CR devices can operate without interfering with the transmissions of other licensed users, also called primary users (PUs). However, it is also important to consider the impact of such schemes on the higher layers of the protocol stack, in order to provide efficient end-to-end data delivery. At present, routing and transport layer protocols constitute an important yet not deeply investigated area of research over CRAHNs. This paper provides three main contributions on the modeling and performance evaluation of end-to-end protocols (e.g. routing and transport layer protocols) for CRAHNs. First, we describe NS2-CRAHN, an extension of the NS-2 simulator, which is designed to support realistic simulation of CRAHNs. NS2-CRAHN contains an accurate yet flexible modeling of the activities of PUs and of the cognitive cycle implemented by each CR user. Second, we analyze the impact of CRAHNs characteristics over the route formation process, by considering different routing metrics and route discovery algorithms. Finally, we study TCP performance over CRAHNs, by considering the impact of three factors on different TCP variants: (i) spectrum sensing cycle, (ii) interference from PUs and (iii) channel heterogeneity. Simulation results highlight the differences of CRAHNs with traditional ad hoc networks and provide useful directions for the design of novel end-to-end protocols for CRAHNs.     

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.     

基于链路质量的认知无线电网络路由研究

针对认知无线电网络中多信道特性,提出了一种基于链路质量的多信道路由协议。该协议在充分利用频谱集合、提高网络吞吐量的同时,缩短了传输时延。给出了路由指标的具体计算过程,在选路的同时进行频段分配,使可用信道达到有效分配,并在降低时延的同时提高了网络吞吐量。仿真实验证明了该算法的有效性。