认知无线电网络分布式多信道MAC协议研究

摘要

随着无线移动通信的急速发展，频谱资源稀缺问题越来越突出。认知无线电(Cognitive Radio)被认为是一种解决频谱稀缺问题的关键技术。在保证对授权用户无影响的情况下，认知无线电技术能够利用空闲授权频谱通信。分布式认知无线电网络由于无中心节点统一管理网络的活动，其网络组成方式、节点信息共享方式都较为灵活，在未来的无线移动通信中有很大的应用。现有的文献已经对认知无线电集中式MAC协议作了大量的研究，但对分布式MAC协议的研究还较为滞后，设计出符合认知无线电网络的分布式多信道MAC协议，对推动认知无线电技术和未来无线通信的研究与发展有重要意义。
　　 本文首先介绍了认知无线电和认知无线电网络的定义，并归纳总结了认知无线电MAC协议。之后，具体的介绍了几种认知无线电分布式多信道MAC协议。然后，针对次用户在传输数据之前都需要专门消耗一段时间对可用信道进行频谱感知，并由此产生了频谱感知时间和数据传输时间难分配的问题，本文提出了一种双天线多信道MAC(TM-MAC)协议，节点可以在其它节点传输数据的同时对频谱环境进行感知，充分保证了频谱感知和传输数据的时间。随后，建立数学模型分析在饱和网络状况下TM-MAC协议的吞吐量。仿真结果表明TM-MAC协议频谱检测和饱和吞吐量的性能更好。最后，针对固定控制信道在认知无线电网络中难维持的问题，提出了一种支持动态控制信道的MAC协议(DC-MA)，避免使用较难维持的固定控制信道。该协议可以根据最新的频谱环境，从多条可用信道中动态的选择一条信道为控制信道。随后，本文利用NS2仿真软件对DC-MAC性能进行了仿真。仿真结果表明DC-MAC能够提高网络的性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 认知无线电

1．2 认知无线电网络

1．3 论文的研究背景、主要工作和结构

1．3．1 论文的研究背景

1．3．2 论文主要工作和组成结构

第二章 认知无线电MAC协议概述

2．1 引言

2．2 频谱感知技术

2．3 认知无线电MAC协议的分类

2．4 集中式MAC协议

2．4．1 随机接入协议

2．4．2 时隙接入协议

2．4．3 混合接入协议

2．5 分布式MAC协议

2．5．1 随机接入信道

2．5．2 时隙接入信道

2．5．3 混合接入信道

2．6 本章小结

第三章 双天线多信道MAC协议

3．1 问题的提出

3．2 协议的描述

3．2．1 信道状态表更新

3．2．2 控制帧交换过程

3．2．3 节点处理流程

3．2．4 举例说明节点之间的协商过程

3．3 性能分析

3．3．1 频谱检测分析

3．3．2 控制信道分析

3．3．3 饱和吞吐量分析

3．4 性能验证

3．4．1 频谱检测性能比较

3．4．2 饱和总吞吐量比较

3．5 本章小结

第四章 支持动态控制信道的MAC协议

4．1 问题的提出

4．2 主用户信道使用模型

4．3 用户之间的共存

4．4 协议的假设条件

4．5 协议过程

4．5．1 协议总体描述

4．5．2 信道信息表的结构和更新

4．5．3 OCH信道选取

4．5．4 帧格式

4．5．5 控制信息交换和数据传输过程

4．5．6 节点处理流程

4．6 性能仿真

4．6．1 仿真工具介绍

4．6．2 仿真场景配置

4．6．3 仿真结果

4．7 本章小结

第五章 总结和未来工作

5．1 本文工作总结

5．2 未来工作

致谢

参考文献

附录：从事的科研工作及研究成果