无线网状网中基于认知无线电的MAC接入关键技术研究

无线网状网（WMN）技术是下一代互联网中的重要组成部分，适合于宽带无线骨干传输环境。MAC接入设计是WMN实际应用中必须解决的关键技术问题之一，受频谱资源有限、多跳通信、同频道干扰等的影响，现有MAC技术不能满足不断发展的多媒体应用需求。另一方面，随着认知无线电技术的不断发展，利用具备频谱认知能力的无线系统作为未来网络的基础通信平台已成为通信技术发展的必然趋势。本项目针对WMN的特点，借鉴认知无线电领域的研究成果，研究认知无线电技术与WMN的融合，尤其是MAC接入技术的融合。提出基于认知无线电方式的WMN体系架构，并在此基础上研究适应于WMN特点的动态频谱接入机制，形成WMN中基于认知无线电技术的、干扰敏感的MAC接入协议与模型。主要研究内容包括：认知WMN体系框架设计；认知无线电与WMN整合环境下的频谱感知、共享及移动性管理技术；WMN MAC接入协议与动态频谱接入机制的整合技术等。

无线网状网（WMN）是一种具有自组织多跳特性的新型宽带无线接入网络，正引起学术界与工业界的广泛关注。随着用户数目的增加与服务需求水平的提升，有限的频谱资源已成为WMN获取高性能数据服务的严重障碍，传统的固定频谱分配模式无疑使这一问题雪上加霜。认知无线电技术（CR）的产生和发展为提高WMN服务质量提供了新的解决思路。然而，受无线频谱开放性特征的影响，如何实现高效、动态的资源管理与MAC接入技术以提高传输可靠性，已成为认知WMN研究中面临的难点问题。为此，本项目深入系统地研究了认知WMN中的频谱分配、MAC接入及跨层优化问题，提出了满足认知WMN通信需求的MAC接入方法与协议，实现了联合信道分配与功率控制的跨层路由优化模型，形成了一个面向认知WMN资源管理、MAC接入、路由优化的完整框架。主要创新工作包括：基于自适应压缩采样与变步长SAMP重构的宽带频谱感知；基于协作的宽带频谱感知机制；基于图着色的频谱分配；基于差分演化的联合功率控制与频谱分配；基于潜在博弈的分布式MAC接入机制；联合信道分配的链路调度机制；基于时延敏感的链路调度机制；基于跨层优化的拥塞避免机制；基于SINR模型的吞吐量优化机制；联合功率控制与信道分配的组播路由优化等。本项目现已圆满完成了预定计划的所有内容，项目的研究成果将为认知WMN的资源分配与MAC接入的实现奠定坚实的理论基础，同时也为构建高可用的认知WMN提供有力支持。.在国家自然科学基金青年基金（项目号：60903159）的资助下，目前已经在国内外学术期刊和国际会议上发表和录用学术论文51篇，其中，SCI收录的国际期刊论文9篇（已检索6篇，已录用SCI源刊3篇），EI收录的论文41篇（已检索37篇，已录用EI源刊4篇）。参加学术会议交流21次，做口头报告19次，海报展示2次。申请国家发明专利2项，参与完成中文专著1部。培养青年学术带头人2名，已资助1名青年教师到英国进行为期2年的学术访问交流。培养博士研究生5名，其中，毕业2名，在读3名，1名在读博士目前已公派到美国麻省大学进行联合培养；培养硕士研究生20名，其中，毕业10名，在读10名，有2名硕士获东北大学优秀硕士学位论文。