認知無線網絡基于分簇的分布式多信道組網算法研究.pdf

1、在通信技術蓬勃發(fā)展的今天,認知無線電技術在緩解頻譜資源短缺和高效利用頻譜資源方面的優(yōu)勢,是其他同類技術所無法比擬的。在此基礎上發(fā)展起來的認知無線網絡,更是將這種智能的感知與管理技術提升到網絡級別,實現(xiàn)了由傳統(tǒng)單體認知到目前網絡整體認知的質的變化,達到了認知無線網絡全局優(yōu)化的目的。
　　本文主要從基于分簇的認知無線網絡組網過程入手,以優(yōu)化網絡壽命和吞吐量為目的,分析了認知無線網絡在組網過程中所要處理的簇的形成,簇頭輪換和信令交互三方

2、面問題。
　　根據(jù)認知無線網絡認知循環(huán)對外部激勵的處理優(yōu)先級的分類,主要分為以下兩種:一是立即優(yōu)先級的組網激勵,在該激勵下的認知循環(huán)會從認知協(xié)議棧中選取運算速度快、無需先驗信息的組網算法和策略;另一種為一般優(yōu)先級的組網激勵,在該激勵下的認知循環(huán)會從認知協(xié)議棧中選取具有全局優(yōu)化功能的算法和策略。
　　本文分別對認知無線網絡中立即和一般優(yōu)先級的組網過程進行了詳細的分析和研究。在充分考慮了認知無線網絡的通信特點和退避授權用戶的策略

3、的前提下,提出了組網過程中的簇頭選擇算法、簇頭輪換算法以及認知節(jié)點間發(fā)送數(shù)據(jù)時的多信道接入策略。
　　首先,針對基于分簇的認知無線網絡組網過程中首要解決的分簇問題,對現(xiàn)有的簇頭選擇算法進行了闡述和分析,包括基于圖論的極小連通支配集以及圖著色啟發(fā)式算法,詳細分析了算法的流程并比較了其優(yōu)缺點。隨后從網絡層的角度以延長網絡壽命為優(yōu)化目標,提出了基于分簇的認知無線網絡立即優(yōu)先級下的極大獨立集簇頭選舉算法,該算法運算速度快,可以選舉出局部最

4、優(yōu)的簇頭集合,實現(xiàn)認知無線網絡分簇的目的。此外,針對認知無線網絡一般優(yōu)先級組網要求提出了基于遺傳理論的全局簇頭搜索算法,該算法通過交叉、變異、糾錯等算子實現(xiàn)了認知無線網絡多目標網絡性能優(yōu)化的簇頭集合搜索過程。
　　其次,為了延長認知無線網絡的網絡壽命,從物理層的角度出發(fā),根據(jù)認知循環(huán)的優(yōu)先級分類,本文分別提出了兩類簇頭輪換算法。首先,提出了基于固定閾值的認知無線網絡簇頭輪換算法,根據(jù)簇頭對簇內成員通信量的統(tǒng)計,建立虛擬能量耗損表,

5、時刻估算簇內成員的能量變化,當簇頭節(jié)點剩余能量低于固定閾值時,在其所在的簇內啟動本地簇頭輪換策略。由于此過程中,不涉及過多的能量交互信息和先驗信息,因此適合于立即優(yōu)先級的認知無線網絡組網要求;此外,針對一般優(yōu)先級的組網要求,本文提出了認知無線網絡自適應能量驅動雙門限簇頭輪換算法,提出了網絡整體能耗模型,使得各簇頭節(jié)點能夠自適應調整輪換門限,實現(xiàn)了網絡能耗均衡,提升了網絡壽命。
　　最后,本文主要解決了在組網過程中單跳節(jié)點之間的多信

6、道組網信令傳遞問題。通過對傳統(tǒng)的IEEE802.11DCF中退避策略、基本接入策略和RTS/CTS接入策略進行必要的修改,提出了認知無線網絡多信道接入策略。通過采用馬爾科夫鏈描述網絡中各認知節(jié)點在通信過程中的競爭狀態(tài),提出了多信道認知無線網絡吞吐量計算模型,分析了認知無線網絡吞吐量與網絡參數(shù)變化的關系,并以優(yōu)化認知無線網絡吞吐量為目的提出了適合于立即組網要求的多信道 RTS/CTS接入策略和適合于一般組網要求的基于網絡吞吐量自適應接入策