本文關(guān)鍵詞：基于Restless Bandits模型的無線網(wǎng)絡(luò)動態(tài)頻譜管理研究

  更多相關(guān)文章： 認(rèn)知無線電 信息物理融合系統(tǒng) 動態(tài)頻譜管理 Restless Bandits

【摘要】：無線頻譜是無線通信中必不可少的寶貴資源。然而,隨著信息通信技術(shù)和相關(guān)應(yīng)用的飛速發(fā)展,無線頻譜資源已幾乎被分配使用殆盡。同時,部分頻譜(例如分配給廣播電視系統(tǒng)的頻譜)的利用率卻非常低,大約在15%到85%不等。這主要是因為目前分配頻譜采取的是固定、長期的方式,不利于頻譜的靈活利用。為解決這一問題,研究者提出了認(rèn)知無線電(Cognitive Radio,CR)技術(shù),允許認(rèn)知設(shè)備在不干擾主用戶的前提下使用授權(quán)給主用戶但暫未使用的頻譜進(jìn)行通信。認(rèn)知無線電一直是無線通信領(lǐng)域的熱點研究方向,其關(guān)鍵技術(shù)主要包括頻譜感知(Spectrum Sensing)、頻譜決策(Spectrum Decision)、動態(tài)頻譜分配(Dynamic Spectrum Allocation,DSA)、頻譜拍賣(Spectrum Auction)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)(Network Architecture)等。本論文主要研究在不同場景下的動態(tài)頻譜管理方法。首先對小蜂窩認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的頻譜分配問題進(jìn)行研究。在多個小蜂窩認(rèn)知無線電小區(qū)共存的網(wǎng)絡(luò)中,針對主用戶的空閑頻譜資源有限而認(rèn)知用戶(次用戶)對頻譜資源需求較高的情況,提出了一種最優(yōu)的次用戶選擇機(jī)制,考慮小蜂窩設(shè)計中最重要的吞吐量、網(wǎng)絡(luò)間干擾和基站功率,建立優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行最優(yōu)動態(tài)頻譜管理。將此動態(tài)頻譜管理問題建模為Restless Bandits模型,該模型具有“索引”特性,可將最優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為分布式的對象選擇問題,即只需要選擇索引值最小的認(rèn)知基站。隨后對該方法進(jìn)行擴(kuò)展,提出了干效性的概念,建立了包括能效性和干效性的多目標(biāo)收益函數(shù)。該方法計算復(fù)雜度較低,且具有分布式和動態(tài)的特性。本論文還研究了信息物理融合系統(tǒng)(Cyber-Physical System,CPS)中的頻譜管理方案�？紤]應(yīng)用層的服務(wù)質(zhì)量和無線通信的安全性問題,提出了一種新型的動態(tài)頻譜管理策略,通過最小化交通監(jiān)控信息物理融合系統(tǒng)(Cyber-Physical Surveillance System for Transportation,CPSST)的系統(tǒng)代價來優(yōu)化系統(tǒng)性能。引入以服務(wù)質(zhì)量為中心的設(shè)計,以最小化視頻失真為目標(biāo)優(yōu)化應(yīng)用層的服務(wù)質(zhì)量系統(tǒng),給出了基于信道狀態(tài)信息(Channel State Information,CSI)的視頻失真模型。本論文還提出了能夠提高頻譜使用安全性的方法,引入安全級別和安全代價的概念,用以描述受到攻擊的概率。該方法通過最小化視頻失真代價和頻譜通信過程中被攻擊或偷聽的概率降低系統(tǒng)總代價從而顯著提升系統(tǒng)性能。
【關(guān)鍵詞】：認(rèn)知無線電 信息物理融合系統(tǒng) 動態(tài)頻譜管理 Restless Bandits
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN925
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題研究背景及意義10-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 認(rèn)知無線電的發(fā)展12-13
• 1.2.2 信息物理融合系統(tǒng)的發(fā)展13-16
• 1.3 論文主要研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排16-18
• 第2章 無線網(wǎng)絡(luò)中的動態(tài)頻譜管理技術(shù)18-36
• 2.1 動態(tài)頻譜管理技術(shù)18-23
• 2.1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-19
• 2.1.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)19-20
• 2.1.3 干擾管理20-22
• 2.1.4 動態(tài)頻譜管理框架研究22-23
• 2.2 小蜂窩認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)23-30
• 2.2.1 小蜂窩網(wǎng)絡(luò)23-24
• 2.2.2 認(rèn)知無線電定義24-25
• 2.2.3 小蜂窩認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)25-26
• 2.2.4 認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的頻譜感知和分析26-27
• 2.2.5 頻譜分配27-29
• 2.2.6 功率控制29-30
• 2.3 信息物理融合系統(tǒng)30-34
• 2.3.1 基本概念30-31
• 2.3.2 主要特征31-32
• 2.3.3 系統(tǒng)構(gòu)成32-33
• 2.3.4 與其他網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別33-34
• 2.4 本章小結(jié)34-36
• 第3章 馬爾科夫決策過程與Restless Bandits模型36-48
• 3.1 馬爾可夫決策過程36-38
• 3.1.1 基本模型及概念36-38
• 3.1.2 策略求解38
• 3.2 部分可觀測馬爾科夫決策過程38-41
• 3.2.1 基本模型及概念39-40
• 3.2.2 最優(yōu)策略40
• 3.2.3 策略求解40-41
• 3.3 多臂賭博機(jī)模型41-42
• 3.3.1 基本模型及概念41-42
• 3.3.2 索引值的計算42
• 3.4 無休止賭博機(jī)模型42-47
• 3.4.1 基本模型及概念43-44
• 3.4.2 求解Restless Bandits問題44-47
• 3.5 本章小結(jié)47-48
• 第4章 小蜂窩認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中的動態(tài)頻譜管理48-64
• 4.1 引言48-49
• 4.2 系統(tǒng)模型49-52
• 4.2.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)49-50
• 4.2.2 業(yè)務(wù)模型50
• 4.2.3 頻譜狀態(tài)50-51
• 4.2.4 行為和優(yōu)化目標(biāo)51-52
• 4.3 Restless Bandits建模52-55
• 4.4 動態(tài)頻譜決策過程55
• 4.5 仿真結(jié)果及分析55-58
• 4.6 基于干擾和能量效率對系統(tǒng)的改進(jìn)58-62
• 4.6.1 干擾效率性能58-59
• 4.6.2 目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化59
• 4.6.3 仿真結(jié)果及分析59-62
• 4.7 本章小結(jié)62-64
• 第5章 交通監(jiān)控信息物理融合系統(tǒng)中基于服務(wù)質(zhì)量和安全性的動態(tài)頻譜管理64-82
• 5.1 引言64-66
• 5.2 系統(tǒng)模型66-70
• 5.2.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)66-67
• 5.2.2 物理世界模型67-68
• 5.2.3 網(wǎng)絡(luò)和傳輸模型68-69
• 5.2.4 優(yōu)化目標(biāo)69-70
• 5.3 Restless Bandits建模70-73
• 5.4 系統(tǒng)流程73-75
• 5.4.1 在線計算過程73-74
• 5.4.2 離線計算操作過程74-75
• 5.5 仿真結(jié)果75-81
• 5.5.1 仿真平臺和參數(shù)設(shè)置75
• 5.5.2 仿真結(jié)果分析75-81
• 5.6 本章小結(jié)81-82
• 結(jié)論82-84
• 參考文獻(xiàn)84-88
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文88-90
• 致謝90

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1 尤文堅;黃欣;劉桂英;;認(rèn)知無線電的相關(guān)技術(shù)研究[J];通信技術(shù);2008年12期

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3 周賢偉;辛?xí)澡?王麗娜;薛楠;;認(rèn)知無線電安全關(guān)鍵技術(shù)研究[J];電信科學(xué);2008年02期

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6 楊瀏;;基于認(rèn)知無線電技術(shù)及其運(yùn)用研究[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2011年09期

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8 封彬;;淺析認(rèn)知無線電在新媒體環(huán)境中的應(yīng)用[J];中國無線電;2012年12期

9 付靜;王靜;張瓏;;認(rèn)知無線電實驗平臺框架研究[J];軟件導(dǎo)刊;2013年02期

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1 李文清;郭宗良;;認(rèn)知無線電及其軍事通信應(yīng)用研究[A];中國通信學(xué)會第六屆學(xué)術(shù)年會論文集（上）[C];2009年

2 李俊葶;陳金鷹;劉慶豐;徐廣偉;;淺談?wù)J知無線電[A];四川省通信學(xué)會2008年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2008年

3 彭開志;楊平;王書誠;;認(rèn)知無線電在通信系統(tǒng)中應(yīng)用研究[A];2011船舶電氣及通訊導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展論壇論文集[C];2011年

4 李輝;蘇澤友;謝偉;;認(rèn)知無線電綜合抗干擾電臺設(shè)計構(gòu)想[A];中國電子學(xué)會第十五屆信息論學(xué)術(shù)年會暨第一屆全國網(wǎng)絡(luò)編碼學(xué)術(shù)年會論文集（上冊）[C];2008年

5 饒毓;曹志剛;;認(rèn)知無線電技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程[A];2009年全國無線電應(yīng)用與管理學(xué)術(shù)會議論文集[C];2009年

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7 周驥;;淺談?wù)J知無線電在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用[A];四川省通信學(xué)會2010年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2010年

8 郝剛;甘志春;;認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)安全問題研究[A];2014第二屆中國指揮控制大會論文集（下）[C];2014年

9 王斯瑤;付琳;;認(rèn)知無線電技術(shù)[A];四川省通信學(xué)會2006年學(xué)術(shù)年會論文集（一）[C];2006年

10 劉慶豐;陳金鷹;李俊葶;卓有福;;基于認(rèn)知無線電的高效頻譜利用技術(shù)[A];四川省通信學(xué)會2008年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2008年

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1 黑龍江 王宇宙 編譯;認(rèn)知無線電發(fā)展綜述[N];電子報;2012年

2 本報記者 盧子月;認(rèn)知無線電讓網(wǎng)絡(luò)不再擁擠[N];通信產(chǎn)業(yè)報;2011年

3 常麗君;避堵走閑，，美開發(fā)認(rèn)知無線電上網(wǎng)系統(tǒng)[N];科技日報;2014年

4 ;認(rèn)知無線電：未來無線通信的重要發(fā)展方向[N];人民郵電;2007年

5 江蘇泰州市無線電管理辦公室 劉瀏 竇沛沛;認(rèn)知無線電整合“閑散”頻譜[N];通信產(chǎn)業(yè)報;2009年

6 本報記者　鄭煥斌;未來通訊 看我獨霸[N];科技日報;2006年

7 北京郵電大學(xué)WSPN實驗室 雷光;認(rèn)知無線電技術(shù)[N];通信產(chǎn)業(yè)報;2007年

8 特約撰稿人 吳康迪;日本4G路線明晰 “催熟”新技術(shù)[N];通信產(chǎn)業(yè)報;2009年

9 四川 楊遠(yuǎn)清 編譯;可檢測空閑頻帶的認(rèn)知無線電接收器[N];電子報;2013年

10 本報記者 盧子月;無線似水 應(yīng)需而動[N];通信產(chǎn)業(yè)報;2011年

本文編號：1034655