本文關鍵詞：基于排隊論和博弈論的認知無線電動態(tài)頻譜接入機制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：為了滿足日益增長的無線應用需求,認知無線電網絡(Cognitive Radio Network,CRN)被提出來用以克服傳統靜態(tài)頻譜分配策略利用率低下的缺點,主要通過動態(tài)頻譜接入技術有效實現主要用戶(Primary User,PU)和次要用戶(Secondary User,SU)的頻譜共享。動態(tài)頻譜接入技術的應用目前還面臨許多挑戰(zhàn),不僅要考慮技術問題,還需要考慮有與其頻譜使用特點相匹配的新政策和經濟模型。因此,本文從技術和經濟兩個角度開展對認知無線電動態(tài)頻譜接入機制的研究。首先,針對SU傳輸被PU搶占后需要重新傳輸整個數據包的情況,本文利用排隊論提出了一種適用于多信道環(huán)境的自適應頻譜決策算法,以降低SU數據包在系統內的平均停留時間。本文基于M/G/1中斷重傳排隊理論提出了相應的系統模型,并基于該模型為SU接入分別設計了基于概率的決策機制和基于感知的決策機制。在基于概率的決策機制下,通過設計合理的概率分配向量,將SU業(yè)務流量均衡的分配到各個信道,充分優(yōu)化資源配置,最小化SU系統時間;在基于感知的決策機制下,通過改善SU信道感知順序,增加SU搜索到空閑信道的概率,減少排隊等待時間,從而降低系統時間。最后,在對這兩種機制下SU平均系統時間比較的基礎上,提出了自適應頻譜決策算法。仿真結果表明,與隨機接入算法和基于感知的候選信道選擇算法相比,本文提出的自適應算法能夠有效降低SU的平均系統時間。其次,本文從經濟角度出發(fā),基于頻譜定價機制研究了SU的頻譜接入控制,以實現頻譜資源的合理利用。本文將SU的頻譜接入過程視為一個非合作博弈過程,SU可以根據自身效用決定是否要接入頻譜。但是,如果每個SU都追求自身效用最大化,就會導致系統整體效用下降,而定價機制可以有效促使SU按照改善整體性能的方式采取行動。由于SU在不同的網絡環(huán)境下掌握的系統信息不同,因此本文針對分布式CRN架構和集中式CRN架構分別建立了相應的接入模型。在集中式CRN中,SU可以通過中央處理器獲知信道狀態(tài)信息以及排隊隊長信息,可以利用可視排隊模型進行分析;而在分布式CRN中,SU無法獲知隊長信息,同時考慮到SU的頻譜決策機制可以分為基于概率和基于感知兩種機制,因此可分別利用信息不可視排隊模型和部分信息可視排隊模型進行分析。本文針對這些不同的分析模型,分別研究了SU追求個體利益最大化時的納什均衡接入策略和社會整體收益最大化時的社會最優(yōu)接入策略,并根據頻譜價格和SU接入概率之間的關系,提出了相應的頻譜定價機制。實驗仿真結果驗證了本文的理論分析,同時表明與不考慮頻譜收費相比,本文提出的頻譜定價機制能夠有效提高社會整體收益。另外仿真結果還顯示,提高SU的系統狀態(tài)信息掌握程度,有利于SU做出更理智的個體決策,從而促進社會整體收益的提高。最后,考慮到實時業(yè)務或對時延敏感的業(yè)務要滿足一定時延約束的情況,本文基于博弈論和排隊論研究了相應的頻譜接入控制策略。對于時延敏感業(yè)務,SU即使選擇了接入信道,也有可能在等待過程中因為等待時間超過容忍限度而選擇放棄傳輸,從等待隊伍中退出。因此,本文基于具有止步和中途退出的可修排隊模型,利用水平穿越法獲得了SU平均系統時間的表達式,在此基礎上研究了SU的納什均衡接入策略和社會最優(yōu)接入策略,并進一步提出相應的定價機制,促進社會整體收益提高。通過與不考慮頻譜收費的情況相比,仿真結果證明了本文所提定價機制的有效性。
【關鍵詞】：認知無線電 頻譜接入 頻譜交易 排隊論 博弈論
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN925
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 縮略詞表16-17
• 第1章 緒論17-31
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義17-19
• 1.2 動態(tài)頻譜接入19-21
• 1.3 認知無線電動態(tài)頻譜接入的研究現狀21-27
• 1.3.1 基于拍賣的方法21-23
• 1.3.2 基于馬爾可夫的方法23-24
• 1.3.3 基于排隊論的方法24-25
• 1.3.4 基于博弈論的方法25-27
• 1.4 本文的主要研究內容27-31
• 第2章 博弈論和排隊論理論分析31-43
• 2.1 博弈論31-35
• 2.1.1 博弈論基本概念31
• 2.1.2 非合作博弈31-34
• 2.1.3 博弈論在CRN中的應用34-35
• 2.2 排隊論35-41
• 2.2.1 排隊論基本概念35-36
• 2.2.2 水平穿越法36-40
• 2.2.3 排隊系統中的博弈問題40-41
• 2.3 排隊博弈論在動態(tài)頻譜接入中的應用41-42
• 2.4 本章小結42-43
• 第3章 多信道自適應頻譜決策算法43-60
• 3.1 引言43-44
• 3.2 系統模型44-46
• 3.3 自適應頻譜決策算法46-53
• 3.3.1 度量指標46-47
• 3.3.2 基于概率的頻譜決策47-51
• 3.3.3 基于感知的頻譜決策51-53
• 3.3.4 自適應頻譜決策53
• 3.4 仿真結果和性能分析53-59
• 3.5 本章小結59-60
• 第4章 基于定價機制的頻譜接入控制60-102
• 4.1 引言60-62
• 4.2 系統模型62-64
• 4.3 分布式CRN中的頻譜接入控制64-81
• 4.3.1 完全壟斷市場64-77
• 4.3.2 雙寡頭壟斷市場77-81
• 4.4 集中式CRN中的頻譜接入控制81-88
• 4.4.1 個體均衡閾值策略82-86
• 4.4.2 社會最優(yōu)策略86-88
• 4.5 仿真結果和性能分析88-100
• 4.5.1 分布式CRN89-96
• 4.5.2 集中式CRN96-100
• 4.6 本章小結100-102
• 第5章 時延敏感業(yè)務的頻譜接入控制102-114
• 5.1 引言102
• 5.2 系統模型102-103
• 5.3 個體均衡策略103-109
• 5.4 社會最優(yōu)策略109
• 5.5 仿真結果和性能分析109-113
• 5.6 本章小結113-114
• 結論114-116
• 參考文獻116-129
• 攻讀博士學位期間發(fā)表的論文129-131
• 致謝131-132
• 個人簡歷132

  本文關鍵詞：基于排隊論和博弈論的認知無線電動態(tài)頻譜接入機制研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：457178