认知无线电网络频谱管理的关键技术研究

With the development of wireless communication technologies, the electromagnetic spectrum has become more and more crowded due to the explosively growing wireless applications. The conventional spectrum management allocates the spectrum in a very inflexible manner, which results in low efficiency of spectrum utilization. The reconization of the spectrum shortage has led to the Cognitive Radios (CR). They are deemed as a promising technology to achive better specctrum utilization...We investigate several important problems in the field of spectrum management. We analyze the advantages and drawbacks of existing methods and results. Specifically, we will try to find out the feasible solution that ensures the transmission is reliable and efficient while increasing the efficiency of spectrum utilizatin. At the same time, the other metrics of network performance are taken into account. We also consider the key technologies of spectrum sensing, spectrum sharing and spectrum assignment. Our objective is to design a feasible and efficient spectrum management model, and build the simulation experimental platform to test it. Finally, we improve the flexibility and adaptability of the cognitive radio networks. Not only the high quality service should be assured, but the efficiency of spectrum sensing and utilization should also be increased significanly.

随着无线通信技术的日益成熟，无线业务迅猛增长，现有的固定频谱分配体制已无法满足通讯终端对频谱的需求，频谱资源变得日趋紧张。认知无线电技术就是在频谱资源短缺的背景下提出的，该技术是解决无线频谱资源低利用率的最佳方案。.我们将对当前认知无线电频谱资源管理的关键技术进行深入研究，分析当前已有成果的优缺点，研究如何在保证数据可靠、高效传输的前提下，提高频谱资源利用率，使认知无线电频谱资源管理的各项性能得到优化与提高。尝试在频谱感知、频谱共享、频谱分配三个关键技术层面进行策略分析与改进，设计合理高效的认知无线电频谱资源管理模型，并实现模拟验证平台。目的是充分发挥认知无线电频谱资源管理的智能性、灵活性和自适应性，从而尽可能实现高效的频谱机会检测，并能合理地利用所发现的频谱机会来为用户提供高质量的通信服务。

随着移动通讯设备的多样化以及无线数据业务的激增，频谱资源的匮乏及较低的频谱利用率越来越成为影响用户体验和无线通讯行业进一步发展的障碍。而传统的静态频谱分配方式缺乏灵活性导致了频谱资源的浪费和局部拥挤。在这个背景下，认知无线电技术应运而生，并逐渐成为学术界和工业界的研究热点。. 本项目主要从频谱间感知分配以及频谱内的高效信道利用两个层面开展研究工作。在第一个层面，我们主要研究了可抑制自私节点的安全感知合作与调度机制，及可抵御虚假数据的安全合作感知策略。在第二个层面，我们具体研究了大规模射频标签通信调度优化策略，基于采样布隆过滤器的标签验证技术，大规模射频网络标签基数评估模型构建，以及传感网络中高能效数据传输机制。. 本项目的创新性成果总结如下。在频谱间感知分配方面，针对频谱感知中可能存在自私节点的问题，提出基于博弈论的灵活可靠的节点合作与调度算法。保证网络中自私节点对网络性能的影响被有效抑制，在网络感知性能和能量消耗两个因素之间取得平衡。其次，针对频谱感知中感知节点可能汇报虚假数据的问题，提出具有鲁棒性的合作感知算法。保证网络中即使存在较大比例的恶意节点，仍能完成较高的感知精度。在频谱内高效信道利用方面，针对未知标签检测问题，我们提出了采样布隆过滤器的新型数据结构，解决传统布隆过滤器可扩展性差的缺点。针对阻塞标签环境下的标签数量估计问题，我们使用统计学方法，依据时隙状态变化，排除阻塞标签对真实标签数量估计过程的干扰。针对多类别射频网络中的标签数量估计问题，我们提出基于曼彻斯特编码的并行化通信模型，它可以让现有的大多数串行标签数量估计协议大幅加速。. 在本项目支撑下，目前录用及发表文章19篇，其中包括：中国计算机学会推荐的A 、B 类期刊或会议文章9篇。在本项目执行期间，培养博士研究生2人、硕士研究生9人。其中1人次获得大连市优秀毕业生，3人次获得校优秀毕业论文，1人次获得校三好学生，3人次获得校一等奖学金。