認知無線網路協同分散式動態頻譜接入研究

《認知無線網路協同分散式動態頻譜接入研究》是依託大連理工大學,由覃振權擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：認知無線網路協同分散式動態頻譜接入研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：覃振權

項目摘要

本課題研究最大化地利用認知無線網路有限的頻譜資源。首先，考慮到節點之間的協同與網路環境密不可分，不能夠直接假設各個節點自願的協同合作，所以引入非合作節點之間的博弈行為分析與合作激勵機制，該激勵機制是保證節點協同合作的基礎。以激勵機制為基石，針對認知無線網路的頻譜分散的特點, 推動認知節點合作分散式的在非完美網路環境下進行頻譜信息（這些數據包括感知信道與信道質量的信息）共享，為認知節點接入最佳信道提供相關參數，實現QoS保證；同時，為了保證在主用戶不被干擾的前提下，最大化的挖掘機會頻譜給次用戶，提出自適應的合作性接入控制策略。最後，通過設計認知協同的自適應硬體平台與演示驗證系統，實現上述研究內容中的異構頻譜接入和聯合感知最佳化等重要功能演示，驗證研究成果的真實性和有效性。

結題摘要

本項目的主要研究可以分成兩部分，一是無線頻譜特性檢測最佳化技術；二是無線感測器MAC和路由最佳化技術。本項目共發表論文27篇，SCI收錄3篇，EI收錄24篇；其中第一作者9篇，通信作者3篇。會議包括INFOCOM poster（A類）、ICC、WCNC、ICCCN（C類）等。獲得授權專利3項。 本項目著重以無線感測器網路和認知無線電網路為研究背景，用博弈論、網路編碼等智慧型算法，解決網路頻譜接入及路由等有效支持和高效調度問題。具體包括研究異構無線網路的融合技術，設計統一的評價效應函式，並在此基礎上利用跨層技術，將信道和路由、鏈路和節點質量判據結合，提高網路傳輸性能。 我們集中在如下的貢獻： 隨著無線設備的日益增多，頻譜資源變得越來越稀缺，如何盡最大的效率利用頻譜也成為研究人員越來越關注的問題。我們從頻譜的遷移性出發，提出了一種基於博弈論的信道切換模型，模型使用優先權處理方法滿足用戶對頻譜的多樣化需求，例如頻寬、延遲、抖動。納什均衡建立後，模型會通過給不同用戶設定不同優先權提供不同的QoS。此外，我們提出兩種方法來加速模型的收斂速度，使之能更快達到納什均衡。實驗結果表明模型可以提供不同的服務且算法確保了在多項式時間內達到一個近似的納什均衡。 另外，頻譜感知很容易受到信號衰弱以及多徑的影響。相比於單用戶的頻譜感知，多用戶的頻譜感知能夠提供相對更準確的信道狀態。很多技術能保障鏈路的高傳輸率和高可靠性，我們在原始的合作感知模型的基礎上，提出了自己的基於差異的多天線合作感知模型，以此獲得更準確的信道質量信息。和其他模型相比，多天線合作感知模型對無線信道的感知準確率更高，而且模型收斂更快，即在更短的時間能夠獲得更準確的信道當前使用情況信息。所以對於同一段頻寬，我們的模型能夠在總體上提升其他無線設備的傳輸性能，而且也能大幅提高整個頻寬的利用率。 考慮到無線感測器網路中，由於簇頭能量消耗大於其他節點，而產生能量空洞的問題，提出了一種能量敏感的k-連線重疊集群路由算法——k-OCHE。在我們的k-OUCH中，整個網路中的節點的能量消耗基本處於相同的狀態，節點間可用能量差異較小，這樣就有效地防止了能量空洞的產生，不會使整個網路因為幾個節點的能量枯竭而癱瘓。從而使得整個無線感測器網路有了更長的生命周期。