交互式认知网络动态频谱管理研究

在认知无线网络中，由于认知用户对频谱的使用存在竞争与冲突，且频谱具有时变特性，故本项目基于合作微分对策理论对交互式认知无线电中的频谱管理进行建模、求解和仿真分析，从而解决动态频谱的实时性管理问题。首先，提出一种基于合作微分对策的交互式认知网络"联盟-竞争"型体系结构，在此基础上，提出基于合作微分对策的动态频谱管理的3种模型和算法，即：频谱共享模型、动态频谱管理模型（启发式发射功率控制算法、快速频谱选择算法）、频谱移动性管理模型（快速频谱切换算法、链路维持算法），分别采用反馈纳什均衡解法对多人合作微分对策进行求解。最后，构建相应的软件仿真平台，验证上述动态频谱管理模型和算法的合理性和有效性，并与国内外已有典型算法进行对比分析与评价。有助于缓解当前频谱资源紧张现状、提高频谱利用率，进一步推动认知无线电技术在现有频谱共享网络中的应用和发展，具有重要的理论意义和应用价值。

为了提高交互式认知无线网络动态频谱管理的效率和智能性、人性化水平，引入“软件人”对认知无线网络进行封装，提出了基于软件人的交互式认知无线网络体系结构，并根据位置、频率的范围、频率使用的密集程度和发射功率将其划分为不同的联盟。在同一联盟内部，分别提出了基于非合作微分对策论的动态频谱管理模型，设计了相应的算法并进行了仿真分析；基于合作微分对策论研究了动态频谱管理模型，提出一种高效与公平的动态频谱分配方法，解决频谱接入的动态性和合作性问题；基于非合作随机微分对策论研究了动态频谱接入模型，在给定一个r维的维纳过程的随机扰动下，分析了反馈纳什均衡解的鲁棒性，并进行了仿真分析。最后，对比分析了这三种模型的反馈纳什均衡解，证明了认知用户合作的可能性，在优化网络系统性能的同时实现对资源的公平分配。仿真结果表明，提出的模型满足了不同用户对频谱资源的需求，增大系统容量，提高频谱利用率，并真实反映了射频环境的时变特性。.研究在避免干扰的填充式方案、基于下垫式的扩展频谱方案以及混合式方案下，构建了发射功率控制模型，提出了启发式Waterfilling with scaling算法，并进行了仿真分析。.提出基于排队论的频谱切换模型和算法，描述支持数据非实时业务的基于切换请求排队机制的频谱切换策略，并进行了模型求解和仿真分析。仿真结果表明，相对于无切换机制和预留信道机制频谱切换策略，对于基于切换请求排队机制的频谱切换的策略，认知用户阻塞概率和信道利用率均能得到改善。.使用Matlab语言搭建了多个主用户和多个认知用户共存的网络仿真平台，对仿真结果进行性能分析和评价，验证了模型的正确性。.目前，我国对高移动性、高速、高容量的声音、数据、图像和视频需求在以惊人的速度增长，平均每位用户拥有2个移动设备需要接入宽带无线网络，亟需进行动态频谱优化管理。该研究成果将对认知无线网络的实施和部署起到积极的推动作用，将有效缓解频谱资源的稀缺，提高频谱的利用率，这一点对我国尤为重要。.目前，我国对高移动性、高速、高容量的声音、数据、图像和视频需求在以惊人的速度增长，平均每位用户拥有2个移动设备需要接入宽带无线网络，亟需进行动态频谱优化管理。该研究成果将对认知无线网络的实施和部署起到积极的推动作用，将有效缓解频谱资源的稀缺，提高频谱的利用率，这一点对我国尤为重要。