基于循環(huán)差集的認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制信息交互機(jī)制設(shè)計(jì).pdf

1、作為解決無(wú)線(xiàn)頻譜資源日益稀缺問(wèn)題的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電技術(shù)允許認(rèn)知用戶(hù)在不干擾授權(quán)用戶(hù)通信的前提下動(dòng)態(tài)接入到授權(quán)通信頻段進(jìn)行通信，從而提高有限頻譜資源的利用率。在頻譜異構(gòu)的復(fù)雜電磁環(huán)境中，由于相鄰認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的可用頻譜資源可能各不相同，因此它們需要在通信開(kāi)始之前預(yù)先建立一條收發(fā)雙方皆可用的控制信道，以確保收發(fā)雙方能順利交互通信所需的控制信息。為避免預(yù)先建立固定無(wú)干擾公共控制信道的困難并充分利用多信道頻譜資源，一種更為高效可靠的控制信息交

2、互方式是讓每個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)按照一個(gè)隨機(jī)選擇的跳頻序列在所有可接入信道上進(jìn)行周期性跳躍，并在與鄰居節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)隙跳到同一信道上（即跳頻匯聚）時(shí)完成控制信息交互。而本論文的主要貢獻(xiàn)是基于循環(huán)差集理論為時(shí)鐘同步和異步的認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分別設(shè)計(jì)了相應(yīng)的跳頻系統(tǒng)，即基于特定法則生成跳頻序列集合，以實(shí)現(xiàn)在任意數(shù)量可接入信道上的高效跳頻匯聚。
　　本論文詳細(xì)介紹了評(píng)價(jià)跳頻系統(tǒng)性能優(yōu)劣的幾個(gè)重要指標(biāo)，包括可匯聚信道個(gè)數(shù)(DoR)、最大匯聚時(shí)間間隔(MTT

3、R)、平均匯聚時(shí)間間隔(ATTR)、最大條件匯聚時(shí)間間隔(MCTTR)以及信道負(fù)載(CL)，并且對(duì)現(xiàn)有跳頻系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行了總結(jié)，為接下來(lái)的跳頻系統(tǒng)理論分析和性能對(duì)比奠定了基礎(chǔ)。
　　本論文將現(xiàn)有循環(huán)差集(DS)的概念擴(kuò)展為不相交循環(huán)差集(UDDS)，并基于這一新概念提出了適用于時(shí)鐘同步和時(shí)鐘異步認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的對(duì)稱(chēng)跳頻系統(tǒng)，以向每個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)提供基于跳頻匯聚的發(fā)送和接收控制信息的能力?；趪?yán)格的數(shù)學(xué)分析，我們推導(dǎo)出了所提同步和

4、異步跳頻系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，并提出可以基于盡可能多的不相交最小循環(huán)差集(MDS)來(lái)優(yōu)化所提跳頻系統(tǒng)的性能。
　　由于現(xiàn)有文獻(xiàn)均未研究過(guò)不相交最小循環(huán)差集的搜索問(wèn)題，本論文接著提出了一種基于高效窮舉的搜索算法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)最多可能的互不相交最小循環(huán)差集的遍歷搜索。之后還進(jìn)一步提出了一個(gè)非常高效的啟發(fā)式算法以尋找互不相交的最小循環(huán)差集，雖然該啟發(fā)式解決方案不能保證總能找到最多的互不相交最小循環(huán)差集，但它的好處是能極大降低窮舉搜索算法所導(dǎo)致

5、的過(guò)高計(jì)算復(fù)雜度。
　　本論文在 OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)上將基于不相交最小循環(huán)差集所構(gòu)造的對(duì)稱(chēng)跳頻系統(tǒng)與現(xiàn)有的多種對(duì)稱(chēng)跳頻系統(tǒng)進(jìn)行了仿真對(duì)比，驗(yàn)證了所提跳頻系統(tǒng)能夠獲得優(yōu)于現(xiàn)有跳頻系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)平均傳輸吞吐量和平均傳輸時(shí)延。同時(shí)還基于GNU Radio軟件無(wú)線(xiàn)電平臺(tái)與USRP硬件設(shè)備對(duì)基于異步跳頻匯聚的認(rèn)知無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)演示，驗(yàn)證了本論文所提出的異步跳頻系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足認(rèn)知無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了頻譜發(fā)現(xiàn)、頻譜切換和跳頻匯聚