本文選題：認(rèn)知無線Ad + Hoc網(wǎng)絡(luò)　； 參考：《北京郵電大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：認(rèn)知無線電技術(shù)是解決頻譜短缺與頻譜利用率低下這一矛盾的有效方法,它通過允許非授權(quán)用戶在不影響授權(quán)用戶工作前提下動(dòng)態(tài)使用頻譜來實(shí)現(xiàn)頻譜的高效利用。認(rèn)知無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)(Cognitive Radio Ad Hoc Networks, CRAN)兼具了認(rèn)知無線電技術(shù)和Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn),不但可動(dòng)態(tài)利用頻譜,還具有Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的自組織、靈活性等特點(diǎn)。對于CRAN性能的分析必須考慮到分布式網(wǎng)絡(luò)的多跳結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟约半S著時(shí)間和位置變化的可用頻譜信息等特點(diǎn)。 合理高效的性能度量對提高網(wǎng)絡(luò)性能至關(guān)重要。本論文基于無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)性能度量已有的研究成果,采用隨機(jī)幾何理論對CRAN建模,研究了其容量和時(shí)延。具體的研究成果和創(chuàng)新點(diǎn)如下： 1、分析了基于Underlay頻譜共享模式的CRAN的容量和時(shí)延。當(dāng)主、次網(wǎng)絡(luò)分別建模為相互獨(dú)立的泊松點(diǎn)過程并且次網(wǎng)絡(luò)采用Underlay的方式與主網(wǎng)絡(luò)共享頻譜時(shí),次網(wǎng)絡(luò)通過限制其節(jié)點(diǎn)密度滿足主網(wǎng)絡(luò)中斷約束來實(shí)現(xiàn)頻譜的動(dòng)態(tài)接入。分析了參考傳輸距離外與方向角度共同確定的選擇區(qū)域內(nèi)最近接收節(jié)點(diǎn)策略下的期望前進(jìn)密度(Expected Density of Progress)。這里期望前進(jìn)密度定義為網(wǎng)絡(luò)單位面積內(nèi)成功完成一跳的節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)和有效傳輸距離的乘積。以期望前進(jìn)密度為目標(biāo),分別討論了參考傳輸距離與發(fā)送概率的單獨(dú)優(yōu)化和同時(shí)優(yōu)化,推導(dǎo)了單獨(dú)優(yōu)化時(shí)最優(yōu)的參考傳輸距離的上界和發(fā)送概率的表達(dá)式,以及同時(shí)優(yōu)化時(shí)兩個(gè)參數(shù)滿足的等式。給出了Underlay頻譜共享情況下CRAN的局部時(shí)延和端到端時(shí)延的閉式結(jié)果。數(shù)值結(jié)果顯示,在次網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)密度允許的范圍內(nèi)存在一個(gè)最優(yōu)的參考傳輸距離,使得期望前進(jìn)密度最大。 2、分析了基于Overlay頻譜共享模式的CRAN容量和時(shí)延。當(dāng)主網(wǎng)絡(luò)使用頻譜的行為建模為連續(xù)時(shí)間兩個(gè)狀態(tài)的馬爾可夫過程,次網(wǎng)絡(luò)建模為泊松點(diǎn)過程并且采用Overlay的方式與主網(wǎng)絡(luò)共享頻譜時(shí),在主網(wǎng)絡(luò)處于空閑狀態(tài)時(shí)以時(shí)隙ALOHA MAC (Medium Access Control)協(xié)議接入信道。研究了選擇區(qū)域內(nèi)三種接收節(jié)點(diǎn)(最遠(yuǎn)、最近和隨機(jī))選擇策略下的期望前進(jìn)密度。數(shù)值結(jié)果顯示,采用最近接收節(jié)點(diǎn)選擇策略時(shí)期望前進(jìn)密度要優(yōu)于其他兩種策略的期望前進(jìn)密度。推導(dǎo)了三種接收節(jié)點(diǎn)選擇策略下的局部時(shí)延和端到端時(shí)延的解析式。數(shù)值和仿真結(jié)果說明,當(dāng)發(fā)送概率較小時(shí),采用最近接收節(jié)點(diǎn)策略得到的端到端時(shí)延是最小的。 3、分析了基于不同業(yè)務(wù)模型的CRAN的端到端時(shí)延。當(dāng)主網(wǎng)絡(luò)建模為均勻泊松點(diǎn)過程時(shí),次網(wǎng)絡(luò)多跳路由模型建模為線型多跳路徑,并采用時(shí)分復(fù)用(TDMA)與ALOHA相結(jié)合的MAC協(xié)議以Underly方式接入信道。分析了源節(jié)點(diǎn)分別采用兩種業(yè)務(wù)到達(dá)模型(Backlogged和Geometric)時(shí)次網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的條件,穩(wěn)態(tài)時(shí)的成功傳輸概率和主網(wǎng)絡(luò)中斷約束下次網(wǎng)絡(luò)源節(jié)點(diǎn)密度的取值范圍。推導(dǎo)了基于成功傳輸概率的局部時(shí)延和端到端時(shí)延的解析式。在此基礎(chǔ)上對端到端時(shí)延進(jìn)行優(yōu)化,推導(dǎo)了Backlogged業(yè)務(wù)模型下最小端到端時(shí)延對應(yīng)的最優(yōu)的跳數(shù)和源節(jié)點(diǎn)發(fā)送概率滿足的表達(dá)式,以及Geometric業(yè)務(wù)模型下最小端到端時(shí)延對應(yīng)的最優(yōu)的跳數(shù)滿足的關(guān)系式。
[Abstract]:Cognitive radio technology is an effective method to solve the contradiction between spectrum shortage and spectrum utilization . It can realize the efficient utilization of spectrum by allowing unauthorized users to dynamically use spectrum without affecting authorized users . Cognitive wireless Ad Hoc Networks ( CRAN ) has the characteristics of cognitive radio technology and Ad Hoc network .

Reasonable and efficient performance measures are essential to improve the performance of the network . Based on the research results of the performance metrics of wireless Ad Hoc networks , the paper studies the capacity and time delay of CRAN based on the stochastic geometry theory . The research results and innovation points are as follows :

1 . The capacity and time delay of CRAN based on Underlay spectrum sharing mode are analyzed . When the primary and secondary networks are modeled as mutually independent Poisson point processes and the sub - networks share the spectrum with the main network in the manner of Underlay , the secondary network realizes the dynamic access of the frequency spectrum by limiting the node density of the sub - network to satisfy the main network interruption constraint . The expected density of progress in the selection area determined jointly with the direction angle outside the reference transmission distance is analyzed . In this paper , it is expected that the forward density is defined as the product of the number of nodes successfully completing a hop within the network unit area and the effective transmission distance . In order to achieve the desired forward density , the expression of the upper bound and the transmission probability of the optimal reference transmission distance and the closed result of the end - to - end delay are discussed . The numerical results show that there is an optimal reference transmission distance in the range allowed by the density of the sub - network node , so that the maximum forward density is expected .

This paper analyzes the CRAN capacity and time delay based on Overlay spectrum sharing mode . When the main network uses the behavior of frequency spectrum as the Markov process of two states of continuous time , the sub - network is modeled as the Poisson point process and the channel is shared with the time slot ALOHA MAC ( Medium Access Control ) protocol when the main network is in the idle state . The numerical results show that the local time delay and the end - to - end delay of the three receiving nodes in the selection area are analyzed . Numerical and simulation results show that when the transmission probability is small , the end - to - end delay obtained by adopting the most recent receiving node strategy is minimum .

3 . The end - to - end delay of CRAN based on different business models is analyzed . When the main network is modeled as a homogeneous Poisson point process , the sub - network multi - hop routing model is modeled as a linear multi - hop path , and a MAC protocol combining time division multiplexing ( TDMA ) and ALOHA is used to access the channel .

【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN929.5

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1847406