認知接入中能量效率問題的研究

《認知接入中能量效率問題的研究》是依託上海交通大學，由甘小鶯擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：認知接入中能量效率問題的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：甘小鶯
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

認知技術可以改善頻譜利用率，緩解頻譜資源稀缺的矛盾，因此成為近年來無線通信領域研究的熱點。然而，認知技術對動態頻譜的獲取是以更多的能耗投入為代價的，為適應節能減排的發展趨勢，有必要對認知接入的能量效率指標進行分析，並研究如何引導用戶實現能量效率最大化。本課題將從隨機接入和順序接入模型出發，結合多維隱函式不動點方程、最優停止理論和貪婪原理等，對認知接入的能量效率進行分析。研究內容包括：(1) 認知接入的系統級能耗建模問題；(2)能量效率分析與接入驅動條件研究；(3)頻譜定價與價格效率引導問題。通過對以上三方面問題的深入研究，明確使能量效率最大化的認知接入驅動條件，揭示其與主用戶忙/閒分布、傳輸信道質量分布的本質聯繫，提出與能量效率等效的價格效率接入驅動條件。本項研究成果將對認知網路各項技術的能量效率分析方法提供重要的理論參考。

結題摘要

認知技術可以改善頻譜利用率，緩解頻譜資源稀缺的矛盾，因此成為近年來無線通信領域研究的熱點。本課題對認知接入中能量效率問題進行研究，以認知接入的能耗模型為基礎，分別從用戶和系統兩個層面，對認知接入、頻譜共享和傳輸機制等問題進行分析和最佳化，並深入結合經濟學原理，對接入用戶的激勵問題進行分析和研究。研究成果包括： 在認知用戶隨機接入多信道時，提出了能效驅動的多用戶接入最優門限，使得用戶能夠根據對信道狀態的觀測判定是否接入該信道，以達到系統能量效率最大化的目的，在此基礎上，分析了非合作博弈情況下用戶接入的能效損失比，為分散式系統設計提供理論參考；在認知用戶協作頻譜共享時，提出了基於次級用戶中繼能耗和中繼價值聯合分類的契約設計方法，構建相應的主用戶效用函式，並推導了使得效用函式最大化的最優契約設計準則，在此基礎上，還提出了一種四階段的頻譜共享協定，以實現上述最優契約；在多個初級用戶與多個次級用戶共存，考慮用戶自私性的協同頻譜共享市場中，將認知中繼網路建模為一個匹配市場模型，在不完全信息場景中，推導了生成穩定匹配的充分和必要條件，在此基礎上，提出了基於收益增加法的分散式匹配算法，並證明了在部分不完全信息場景下，所提算法能夠收斂到帕累托最優均衡點；在認知用戶協作檢測模式的研究中，課題對分散式和集中式兩種檢測模型的能耗進行建模，在檢測正確度約束條件下，推導了能夠使能耗最小化的最優採樣頻率和檢測時間，在此基礎上，提出了協作檢測架構，最後進行仿真驗證算法對認知接入能效性能的影響。 本課題共發表31篇學術論文，其中期刊論文12篇，會議論文19篇；屬於SCI 期刊源的國際刊物論文9篇，EI源論文30篇。論文發表的國際知名刊物如IEEE TPDS，TCOM，TWC，TVT等，有影響力的重要國際學術會議如IEEE INFOCOM，GLOBECOM，ICC，WCNC等；申請發明專利7項，公開7項，授權2項。 本項目共培養博士生4名，碩士生11名。在技術執行上，由於所設計的方案合理可行，設計思路清晰明朗，加之實驗室具備的成熟的試驗條件，對於所提出方案的驗證與最佳化提供了殷實的設備和資源保障。綜上，提出的能效驅動的認知接入系統，理論上可行，在異構網路環境中具有很大的實用價值。並且具有明確、清晰的技術路線，從而保證了項目順利開展並且最後超額完成任務書中所列計畫。