基于遗传算法的认知无线电网络路由策略分析

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1、重庆大学硕士学位论文l绪论适应频谱意识的所有无线电都称为认知无线电【101，目前CR的大多数应用是基于FCC的观点，FCC的观点比Mitola博士的观点更具有实际性，描绘了认知无线电最基本的功能要求。本文研究也是基于FCC对认知无线电的定义。2005年，Haykin教授根据Mitola博士和FCC的相关研究和自身的理解，从信号处理的角度出发，给出了描述认知无线电的认知环模型图1．2【Il】，从模型中可以看出认知无线电环境中急需解决的主要问题有：无线场景分析、信道估计与预测和功率控制与频谱管理，Haykin教授定义认知无线电：“CR是一

2、个智能无线通信系统，它能够感知外界环境并从中学习，通过实时改变某些操作参数，使其内部状态适应接受到无线电信号的统计性变化，实现CR的两个最主要的目标高度可靠的通信和对频谱资源的有效利用”。总的说来，Havkin教授所给出的认知环模型实质上和Mitola博士是一致的，但是更为具体。／发射f制与＼图1．2Haykin教授的认知环模型Fig1．2ThecognitiVeradiocycleofprof色ssorHaykin由此总结现阶段广义认知无线电技术具备的能力如下是：①对环境的感知能力，包括频谱感知，检测在授权频段上的PR用户的出现情况

3、，确定频谱机会。②对周围环境变化的学习能力。③自适应能力，选择最合适参数和信道进行传输。认知无线电的相对于传统无线技术的优势为：①增强通信质量的可靠性。②提高频谱资源的利用率。⑧增加系统功能模块的可重构性。重庆大学硕士学位论文1绪论1．3．3认知无线电技术标准近年来随着认知无线电技术的发展，各大政府机构和标准化组织也纷纷投入研究，IEEE对于认知无线电的标准化推进工作比较积极，正在制定和完善的相关标准包括：IEEE802．22、IEEE802．16h、IEEEPl900、IEEE802．1h、IEEE802．11v等。IEEE802．

4、22¨2J工作组是第一个世界范围的基于认知无线电的空中接口标准化组织，其目标是利用认知技术将分配给电视广播的频带用作宽带接入，组建无线区域网络。现有的IEEE802．22标准对空中接口进行了规范，包括物理层和介质接入层(MediumAccessContr01，MAC)，允许基站根据感知的结果，动态的调整系统接入频段。IEEE802．16h【l纠是在IEEE802．16的基础上专门致力解决共存问题的标准，在IEEE802．16制定的QoS要求下，改进介质接入控制的机制，以确保IEEE802．16的免授权系统之间的共存，以及与授权用户系统

5、之间的共存。IEEEl900【14J目前包括IEEEl900．1、IEEEl900．2、IEEEl900．3和IEEEl900．4这4个工作组，其中IEEEl900．2工作组主要为干扰和共存分析提供操作规程建议，提供分析各种无线服务共存和相互间干扰的技术指导方针，IEEEl900．4工作组则为动态频谱接入的无线系统提供实际应用、可靠性验证和评估可调整性能。IEEE802．11h【15J修改了IEEE802．11aPHY层标准，增强了5GHz频段的网络管理、频谱控制和传输功率管理功能，提高了信道能量测量和报告、多个管理域的信道覆盖、动态

6、信道选择和传输功率控制机制。IEEE802．11y【16J计划向公众开发原来用于卫星服务网络的3．65．3．7GHz频段，同时计划提出一种标准的机制用于避免与该频段内的其他用户形成干扰，目前定义了频谱感知方法。1．4认知无线电路由研究现状认知无线电技术为当前通信技术领域的研究热点，广阔的前景吸引了越来越多的研究者注意。虽然认知无线电网络处于理论研究阶段，没能大范围应用到实际中，但也出现了许多的研究成果。路由是网络层的核心技术，近年来对认知无线电网络层技术的研究还处于起步阶段，不过也逐渐成为认知无线电网络的研究热点。文献[17】提出了按

7、需式OoS路由算法，分析了信道容量和时延对路由选择的影响，保证网络具有较好的时延特性；文献【18】提出了基于模糊控制的QoS路由算法，分析了信道利用率和信道自相关函数对路由选择影响，保证网络具有较好的BER特性。文献【19】中，根据认知无线电网络中信道的分布特点，路由从QoS需求出发兼重庆大学硕士学位论文1绪论顾干扰抑制，文中提出了基于容量和抑制流内干扰的路由算法，主要考虑了信道容量对流量需求的满足以及流内竞争所造成的干扰对路径选择的限制，在假设信道切换延迟很小的情况下，这样能得到较好的端到端性能。文献【2UJ在认知AdHoc网络设计

8、了一种基于连通性的路由策略，文中认为PR用户的行为严重影响认知网络的拓扑结构和连通度，利用认知拉普拉斯矩阵的次小特征值计算路由连通度的方法来评估路径的连通性，在选择路径时避免选择效率低不稳定的瓶颈链路，也就是受PR用户活