本文關(guān)鍵詞：協(xié)同及多信道場(chǎng)景下的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)資源分配研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：未來無線通信將面臨移動(dòng)數(shù)據(jù)量爆發(fā)增長(zhǎng)、連接設(shè)備數(shù)目海量、新業(yè)務(wù)新應(yīng)用不斷涌現(xiàn)等局面,這些都將對(duì)無線頻譜資源提出新的需求和挑戰(zhàn)。研究表明目前的靜態(tài)頻譜接入方式無法高效利用稀缺的頻譜資源,存在頻譜空閑的弊端。與此同時(shí),認(rèn)知無線電技術(shù)能夠使得非授權(quán)用戶通過對(duì)周圍環(huán)境的感知決策,在授權(quán)用戶允許的范圍內(nèi)以動(dòng)態(tài)接入的方式使用授權(quán)頻段,從而打破了靜態(tài)接入的嚴(yán)格限制,提高了頻譜利用效率,受到業(yè)界的廣泛關(guān)注和研究。在基于認(rèn)知無線電技術(shù)的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中,資源分配是一個(gè)亟待解決的重要問題,包括如何設(shè)計(jì)高效的次用戶頻譜感知機(jī)制,如何實(shí)現(xiàn)次用戶對(duì)授權(quán)頻段的高效利用,如何將傳輸資源在多用戶間合理分配,以及各用戶間如何進(jìn)行干擾管理等問題。本文針對(duì)認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的三種網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景,結(jié)合不同的動(dòng)態(tài)接入方式,分別研究集中式單跳協(xié)同認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)、集中式多跳多信道認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò),以及分布式多跳多信道認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中的資源分配問題。本文的主要貢獻(xiàn)如下：·在基于協(xié)同傳輸?shù)募惺絾翁J(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中,提出了一種中繼選擇、次用戶傳輸機(jī)會(huì)分配、功率分配的聯(lián)合資源優(yōu)化方案。方案通過放寬非中繼次用戶的頻譜使用權(quán)限,改善頻譜使用靈活性及使用效率,增加多用戶分集增益,從而提升次級(jí)網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。同時(shí),針對(duì)次用戶能量受限的情況,考慮網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)時(shí)平均性能優(yōu)化,即在保障主網(wǎng)絡(luò)傳輸利益、滿足次網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定且符合次用戶能量約束的前提下,最大化次級(jí)網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)時(shí)平均吞吐量。借助Lyapunov優(yōu)化理論,得到長(zhǎng)時(shí)優(yōu)化模型的瞬時(shí)求解算法。該算法首先針對(duì)功率給定的簡(jiǎn)化場(chǎng)景,得出最優(yōu)的瞬時(shí)資源分配算法；并在此基礎(chǔ)上,針對(duì)功率待定的復(fù)雜模型,通過數(shù)學(xué)變形得到最優(yōu)解。最后,就算法的信令交互開銷、復(fù)雜度等性能進(jìn)行了分析�！ぴ诨谔綔y(cè)頻譜空洞的集中式多跳多信道多網(wǎng)卡認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中,提出了次用戶的路由、信道、網(wǎng)卡多維資源聯(lián)合優(yōu)化方案。方案利用鏈路-網(wǎng)卡-信道沖突干擾圖來描述多信道多網(wǎng)卡場(chǎng)景中信道與網(wǎng)卡的相互影響,并在此基礎(chǔ)上證明了保證無干擾無沖突傳輸?shù)馁Y源分配充分條件,利用該充分條件能夠避免傳統(tǒng)干擾分析方法中因?qū)ふ宜袠O大獨(dú)立集所帶來的高算法復(fù)雜度。同時(shí),考慮到次用戶傳輸?shù)目煞謱右曨l編碼業(yè)務(wù)的編碼特點(diǎn),在資源有限的情況下優(yōu)先保證視頻業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)層傳輸,并利用公平因子實(shí)現(xiàn)基于公平性考慮的次級(jí)網(wǎng)絡(luò)吞吐量最優(yōu)化�！ぴ谏鲜鲅芯炕A(chǔ)上,進(jìn)一步提出了多跳多信道多網(wǎng)卡認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)在無中心控制節(jié)點(diǎn)場(chǎng)景下的分布式資源分配方案。方案借助網(wǎng)絡(luò)效用最大化理論及拉格朗日對(duì)偶變化,將資源分配優(yōu)化模型的求解轉(zhuǎn)化為對(duì)其對(duì)偶問題的求解,并利用分解算法,將對(duì)偶問題分解為多個(gè)優(yōu)化子問題,從而得到可由各次用戶及鏈路根據(jù)局部信息分布式獨(dú)立求解的優(yōu)化子問題。同時(shí),方案針對(duì)多路徑傳輸環(huán)境下對(duì)偶問題解轉(zhuǎn)化為原問題解時(shí)出現(xiàn)的解的震蕩問題,利用Proximal Optimization方法對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行數(shù)學(xué)變形,從而保證解的唯一性。最后,通過仿真驗(yàn)證分析算法性能。
【關(guān)鍵詞】：認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò) 動(dòng)態(tài)頻譜接入 協(xié)同通信 多信道多網(wǎng)卡 聯(lián)合資源分配
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN92
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 縮略語對(duì)照表11-15
• 第一章 緒論15-27
• 1.1 研究背景15-17
• 1.2 認(rèn)知無線電技術(shù)及認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)17-22
• 1.2.1 認(rèn)知無線電的定義17-20
• 1.2.1.1 Mitola博士的定義17-18
• 1.2.1.2 FCC的定義18-19
• 1.2.1.3 Haykin教授的定義19-20
• 1.2.2 動(dòng)態(tài)頻譜接入20-21
• 1.2.3 認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)21-22
• 1.3 認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)資源分配難點(diǎn)問題及本文研究動(dòng)機(jī)22-25
• 1.3.1 集中式單跳認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)難點(diǎn)問題23-24
• 1.3.2 集中式多跳認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)難點(diǎn)問題24-25
• 1.3.3 分布式多跳認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)難點(diǎn)問題25
• 1.4 本文主要研究成果及結(jié)構(gòu)安排25-27
• 第二章 集中式單跳協(xié)同認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中的資源分配問題27-53
• 2.1 引言27-30
• 2.2 網(wǎng)絡(luò)模型30-32
• 2.3 資源分配優(yōu)化問題建模32-37
• 2.3.1 中繼選擇約束33
• 2.3.2 主次用戶的協(xié)同中繼約束33-34
• 2.3.3 次用戶傳輸機(jī)會(huì)分配約束34
• 2.3.4 次用戶隊(duì)列穩(wěn)定約束34-35
• 2.3.5 次用戶能量約束35-36
• 2.3.6 目標(biāo)函數(shù)36
• 2.3.7 資源分配問題優(yōu)化模型36-37
• 2.4 SUM瞬時(shí)求解算法37-47
• 2.4.1 次用戶準(zhǔn)入控制子問題37-38
• 2.4.2 SAP集中控制子問題38-42
• 2.4.2.1 功率給定的簡(jiǎn)化場(chǎng)景39-40
• 2.4.2.2 功率待定的復(fù)雜場(chǎng)景40-42
• 2.4.3 求解算法性能分析42-47
• 2.5 仿真分析47-52
• 2.5.1 仿真設(shè)置47
• 2.5.2 性能對(duì)比47-52
• 2.6 本章小結(jié)52-53
• 第三章 集中式多跳多信道認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中的資源分配問題53-73
• 3.1 引言53-55
• 3.2 網(wǎng)絡(luò)模型55-58
• 3.2.1 網(wǎng)絡(luò)模型55-56
• 3.2.2 基于鏈路-信道-網(wǎng)卡的沖突干擾圖56-58
• 3.3 聯(lián)合資源分配問題的數(shù)學(xué)建模及求解58-65
• 3.3.1 目標(biāo)函數(shù)58-59
• 3.3.2 信道、網(wǎng)卡資源聯(lián)合分配的約束條件59-61
• 3.3.3 基于SVC視頻業(yè)務(wù)編碼特性的速率約束條件61
• 3.3.4 路由選擇的約束條件61-63
• 3.3.4.1 多路徑傳輸路由約束62
• 3.3.4.2 單路徑傳輸路由約束62-63
• 3.3.5 聯(lián)合資源分配問題的優(yōu)化模型63-65
• 3.3.5.1 多路徑場(chǎng)景下的優(yōu)化模型63-64
• 3.3.5.2 單路徑場(chǎng)景下的優(yōu)化模型64-65
• 3.4 仿真分析65-71
• 3.4.1 仿真設(shè)置65
• 3.4.2 性能分析65-71
• 3.5 本章小結(jié)71-73
• 第四章 分布式多跳多信道認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中的資源分配問題73-91
• 4.1 引言73-74
• 4.2 網(wǎng)絡(luò)模型及問題建模74-77
• 4.2.1 網(wǎng)絡(luò)模型74-75
• 4.2.2 聯(lián)合資源分配約束條件75-76
• 4.2.2.1 多路徑傳輸路由約束75
• 4.2.2.2 QoS保障約束75-76
• 4.2.2.3 鏈路容量約束76
• 4.2.2.4 保證無干擾無沖突傳輸?shù)募s束條件76
• 4.2.3 網(wǎng)絡(luò)效益最大化資源分配問題建模76-77
• 4.3 Proximal Optimization方法及分解算法77-83
• 4.3.1 Proximal Optimization方法78-79
• 4.3.2 分解算法79-83
• 4.4 仿真分析83-89
• 4.4.1 仿真設(shè)置83
• 4.4.2 性能對(duì)比83-89
• 4.5 本章小結(jié)89-91
• 第五章 總結(jié)與展望91-95
• 5.1 全文總結(jié)91-92
• 5.2 后續(xù)工作展望92-95
• 參考文獻(xiàn)95-105
• 致謝105-107
• 作者簡(jiǎn)介107-108

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