《自组织认知无线网络跨层资源分配技术研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自组织认知无线网络跨层资源分配技术研究（73页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、东南大学 硕士学位论文 自组织认知无线网络跨层资源分配技术研究 姓名：吴春德 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：潘志文 20100101 摘要 摘要 。认知无线电( C o g n i t i v eR a d i o ，C R ) 是为解决频谱资源的有效利用问题而提出的一种 重要技术。认知无线电设备能够感知周围的无线环境，并根据感知到的频谱状况调整自 己的发射参数( 如载频，调制方式等) ，以达到充分利用无线频谱资源的目的。将认知 无线电应用于自组织网络中，能增加自组织网络的可用带宽，从而极大的提高网络的容 量。因而基于认知无线电的自组织网络目前已经受到了广泛关注。在频谱使
2、用上的灵活 性使得认知无线电能够提高自组织网络的性能，但同时也给网络的资源分配问题带来了 复杂性。 本文首先介绍了认知无线电的有关概念及其关键技术，如频谱检测、频谱分配、功 率控制等，随后分析了基于认知无线电的自组织网络所具有的特点，并综合利用物理层 的功率控制、M A C 层的频带调度方案以及网络层的路由选择方案等，建立了跨层资源 分配模型。通过仿真，分析了功率控制的作用以及跨层模型的优势，并得到了跨层模型 的近似最优解。 然后基于建立的跨层模型，分析现有的分布式算法，并通过仿真验证了现有分布式 算法的性能。现有的分布式算法通过迭代的方法沿着所选路由为各节点分配资源，并逐 步调整不同链路的速
3、率。其中，代价函数和路由选择标准是影响分配结果的两个重要方 面。通过重新定义代价函数和重新设置路由选择标准，得到了三种改进算法。在仿真中 将改进算法与现有的算法进行比较，证明了改进算法能得到更优的资源分配结果。 关键字：认知无线电；自组织网络；资源分配；分布式算法；跨层设计 A b s t r a c t 一_ 一 A b s t r a c t C o g n i t i v er a d i o ( C R ) i s a l l i m p o r t a n tt e c h n o l o g y f o r s o l v i n g t h e s p e c t r u m u
4、 n d e r u t i l i z a t i o np r o b l e m I no r d e rt om a k eu s eo fs p e c t r u mr e s o u r c e ，ac o g n i t i v e r a d i oh a s 恤c c a p a b i l i t yt o s e n s ei t se n v i r o n m e n ta n da d a p t s i t st r a n s m i s s i o np a r a m e t e r ( e g ，c 锄e r f r e q u e n c y m o
5、d u l a t i o n , e t c ) a c c o r d i n gt os p e c t r u mc o n d i t i o n W i t hC Ra p p l i e di na d h o c n e t w o r l 蹬t h ea v a i l a b l eb a n d w i d t hi nt h en e t w o r k sc a l lb ei n c r e a s e d ，t h u st h ec a p a c i t yo fa d h o cn e t w o d 咚i si m p r o v e dg r e a t
6、 t y T h e r e f o r e ，a dh o en e t w o r k sb a s e do nC R h a sr e c e i v e d e X t e 璐i v e 毗e n t i o n W i t hf l e x i b i l i t yo fu s i n gs p e c t r u m ，C Rc a l l n o to n l yi m p r o v et h e p e r f o r m a n c eo f a dh o cn e t w o r k s ，b u ta l s oa d d sc o m p l i c a t i
7、o n st or e g o B r c ea l l o c a t i o np r o b l e m F i r s t l y , t h er e l a t e dc o n c e p to fC Ra n di t sk e yt e c h n o l o g i e s ，s u c ha ss p e c t r u md e t e c t i o n , s p e c t r u ma 1 1 0 c a t i o na I l dp o w e rc o n t r o l ，a r ei n t r o d u c e d T h e n t h ef e
8、 a t u r e so fC Rb a s e da dh o e n I 岳t w o r k s 孤es t u d i e d B yj o i n t l yc o n s i d e r i n gp o w e rc o n t r o l i np h y s i c a ll a y e r , f r e q u e n c y s c h e d u l ei nM A Cl a y e ra n dr o u t i n gi nn e t w o r kl a y e r , c r o s s - l a y e rr e s o u r c ea l l o c
9、 a t i o nm o d e l I S e s 切b l i s h e d B ys i m u l a t i o n ，p o w e rc o n t r o li sa n a l y z e d a n dt h ea d v a n t a g eo fc r o s s l a y e rm o d e l i sp r o v e d M e a n w h i l e ，t h ea p p r o x i m a t eo p t i m a ls o l u t i o ni sg i v e n T 1 1 e n b a S e do nm ec r o s
10、 s 1 a y e rm o d e l ，t h eo r i g i n a la l g o r i t h mi sa n a l y z e da n di t s p e r f o m a n c ei sp r e s e n t e di nt h es i m u l a t i o n I nt h ea l g o r i t h m ，r e s o u r c ei sa l l o c a t e dt on o d e s d I o n gt h es e l e c t e dr o u t i n gb yi t e r a t i o na n dt
11、h er a t ei sa d ju s t e ds t e pb ys t e p A n dc o s t f u n c t i o n a n dr o u t es e l e c t i o nc r i t e r i aa r et w oi m p o r t a n ta s p e c t st oa f f e c tr e s u l t s T h r o u g hr e d e f i n i n gc o s t f u n c t i o n2 m dr e s e t t i n gr o u t es e l e c t i o nc r i t e
12、 r i a , t h r e ei m p r o v e da l g o r i t h m sa r ep r o p o s e d B y c o m p a r i n gt h ei m p r o v e da l g o r i t h m sw i t ht h eo r i g i n a la l g o r i t h m ，s i m u l a t i o nr e s u l t sp r o v e t h a t t h ei m p r o v e da l g o r i t h m sa c h i e v eb e t t e rr e s o
13、u r c ea l l o c a t i o n K e yw o r d ：c o g n i t i v er a d i o ；a dh o cn e t w o r k s ；r e s o u r c ea l l o c a t i o n ；d i s t r i b u t e da l g o r i t h m ； c r o s s 1 a y e rd e s i g n I R 插图目录 插图目录 图1 1 六个不同地点的平均频谱利用率1 图2 1 空闲频谱示意图5 图2 2J o s e p hM i t o l a 的认知循环过程6 图2 3S i m o n
14、H a y k i n 的认知循环过程7 图2 4 频谱分配技术分类10 图3 1 跨层模型框架一19 图3 2 网络模型举例一2 0 图3 3 功率控制举例2 2 图3 4 随机产生的拓扑2 8 图3 5 有功率控制模型下的结果。2 8 图3 - 6 无功率控制模型下的结果。2 8 图3 7 平均通信节点对数2 9 图3 8 平均频谱利用率一2 9 图3 - 9 跨层模型与分层模型结果比较3 2 图3 1 0 线性化示意图3 3 图3 1l 一个随机拓扑的频带分配结果3 4 图3 1 2 四条链路的最终速率及路由3 5 图4 1 分布式算法总体流程图。3 8 图4 - 2C I P M i n i m a l i s tS c h e d u l i n g 流程图4 1 图4 3C I PP o w e rC o n t r o la n dS c h e d u l i n g 流程图4 3 图4 4 频带分配结果4 5 图4 5 四条链路的最终速率和路由4 5 图4 - 6 四条链路的比例因子随迭代次数的变化情况
