认知无线电网络中接纳控制和频谱切换的CPN建模与性能评价

摘要

无线通信经过多年的发展，目前已成为人们日常生活不可缺少的一部分。随着人们对无线频谱的需求急剧增加，如何提高频谱效率成为无线通信领域的研究重点。认知无线电(Cognitive Radio，CR)技术由于可以动态感知频谱、并且能够通过无线资源管理(Radio Resource Management,RRM)充分利用频谱，引起了国内外专家学者的广泛关注。
　　 呼叫接纳控制(Call Admission Control，CAC)和频谱切换是认知无线电网络无线资源管理的重要组成部分。本文将基于着色Petri网(ColoredPetriNet，CPN)建立系统的随机服务模型，研究相应的接纳控制策略和切换问题。该模型克服了传统马尔科夫链(MC)为系统建模时的无记忆性，以及在处理呼叫接纳控制过程中易产生状态空间爆炸等问题。论文的工作包括:
　　 1)针对正交频分多址接入(OFDMA)系统的多业务呼叫接纳控制问题，论证了CPN模型和马尔可夫链在业务到达规律都服从泊松分布时的同构性;通过CPN建模和仿真，研究了四种基于话音呼叫优先级的多业务呼叫接纳控制策略。结果表明，在研究呼叫接纳控制策略时，CPN模型与马尔科夫模型相比有较大的优越性，除了它的灵活性和对各种业务的适应能力，还可以大大减少计算的复杂度。
　　 2)在CR网络中，频谱切换技术是提高用户服务质量(QoS)，保证授权用户(PrimaryUser，PU)优先使用权的重要技术之一。本文根据认知网络中授权用户的行为研究了认知用户在一次服务时间内发生N次切换的概率，为其建立了可执行的着色Petri网模型，克服了传统马尔科夫链为系统建模时的无记忆性，以及易于产生状态空间爆炸等问题，具有较强的开放性，通过Monitor监控器分析模型性能，验证了模型的正确性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 认知无线电系统无线资源管理技术简介

1．2 接纳控制研究现状

1．2．1 呼叫接纳控制

1．2．2 OFDMA系统的接纳控制

1．3 动态频谱管理研究现状

1．3．1 频谱切换的概念

1．3．2 频谱切换技术的研究现状

1．4 现有随机服务模型存在的问题

1．5 论文的结构及主要内容

2 着色Petri网简介

2．1 Petri网的组成及其规则

2．2 CPN的概念和模型构造方法

2．2．1 CPN的定义和概念

2．2．2 CPN模型构造方法

2．2．3 仿真工具CPN Tools的功能与使用

2．3 着色Petri网的优越性

2．3．1 结构和语言优势

2．3．2 多种分布功能

2．3．3 Petri网的研究现状

2．4 本章小结

3 OFDMA系统多业务接纳控制的CPN模型

3．1 多业务接纳控制的CPN建模

3．1．1 概述

3．1．2 多业务接纳控制的CPN模型

3．2 CPN模型与马尔可夫模型同构性分析

3．2．1 CPN模型性能分析

3．2．2 MC理论分析

3．2．3 仿真设置

3．3 基于不同的CAC策略的CPN模型

3．4 仿真结果

3．5 本章小结

4 OSA模型下频谱切换策略的CPN建模及性能评价

4．1 频谱切换关键技术及流程

4．2 频谱切换时间关系

4．3 OSA模型下频谱切换策略的CPN模型

4．4 理论分析

4．4．1 认知用户服务模型

4．4．2 授权用户到达模型

4．5 性能评价及比较

4．5．1 λ值对切换概率的影响

4．5．2 μ值对切换概率的影响

4．6 本章小结

5 总结和展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢