无线区域网中节能策略的性能评估及优化研究

摘要

基于IEEE802.22标准的无线区域网(Wireless Regional Area Network，WRAN)采用集中式网络结构，是目前最为典型的认知无线电网络。在保证频谱资源利用率的前提下，减少通信网络的能源消耗是实现绿色通信的有效方法。本文基于WRAN环境，考虑理想感知结果，在离散时域内研究节能策略及其性能评估与优化问题。
　　首先，为了减少系统的能量消耗，在W RAN中引入周期性休眠机制，提出一种基于单速率传输的节能策略，即SRT-ESS(Energy Saving Strategy with Single Rate Transmission)。考虑通信数字化本质，构建基于无限缓存与多重休假的离散时间优先级排队模型。针对实时性要求较高的未授权用户数据包，建立基于有限缓存与多重休假的离散时间优先级排队模型。分别运用矩阵几何解等方法进行模型的稳态分析。
　　其次，将系统模型的稳态分析结果，应用于所提出的SRT-ESS，导出了未授权用户数据包平均时延、未授权用户数据包阻塞率以及系统能量节省率等性能指标表达式。进行系统实验，刻画了休眠参数、缓存容量等不同系统参数对系统性能的影响，验证了所提出的SRT-ESS的有效性。
　　然后，为了平衡系统的能量节省率和未授权用户数据包的响应性能，引入工作休眠机制，提出一种基于双速率传输的节能策略，即DRT-ESS(Energy Saving Strategy with Dual Rate Transmission)。融合多重工作休假与优先级排队，基于拟生灭过程和矩阵几何解方法，评估未授权用户数据包的平均时延与强制中断率、系统的能量节省率与信道利用率。进行系统实验，验证了所提出DRT-ESS的有效性。
　　最后，针对未授权用户机会式信道接入行为，从经济学角度考虑，建立基于收支结构的收益函数，研究纳什均衡行为和社会最优行为，制定合理的信道接入费用以实现社会最优。针对未授权用户数据包平均时延、未授权用户数据包阻塞率以及系统能量节省率之间的折中关系，建立系统成本函数，给出缓存容量的优化方案。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题背景与研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 论文组织结构

第2章 相关知识

2.1 WRAN

2.2 随机过程概述

2.3 博弈论概述

2.4 本章小结

第3章 SRT-ESS及其基于无限缓存的性能研究

3.1 SRT-ESS和系统模型

3.2 模型分析与性能指标

3.3 实验结果与分析

3.4 性能优化

3.5 本章小结

第4章 SRT-ESS及其基于有限缓存的性能研究

4.1 基于有限缓存的系统模型

4.2 模型分析与性能指标

4.3 实验结果与分析

4.4 缓存容量优化

4.5 本章小结

第5章 DRT-ESS及其性能研究

5.1 DRT-ESS和系统模型

5.2 模型分析与性能指标

5.3 实验结果与分析

5.4 性能优化

5.5 本章小结

结论

参考文献

学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

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