基于QoE的认知无线网络动态频谱分配方法研究

摘要

频谱资源十分匮乏已经是无线通讯领域面临的必然问题。随着人们对无线应用的需求不断增多，实现认知无线网络中基于用户需求的频谱分配的研究十分重要。目前认知无线网络中基于需求的频谱分配方式的研究大多采用服务质量（Quality of Service，QoS）指标，往往是针对用户优先级，或简单的多目标加权组合，很难直接准确的量化终端用户的服务质量与满意度；且目前的频谱分配方式一般采用信道分配方式，带宽的利用率较低；且大多考虑理想的网络环境，很少有综合考虑网络状态变化、信道质量、授权用户状态以及认知用户需求的完整模型，很难继续推广实际应用中。
　　本文针对这些问题，结合用户体验质量（Quality of Experience，QoE）评估以及认知无线网络的动态性特点，提出了基于QoE的认知无线网络动态频谱分配方法。本文的主要工作如下：
　　（1）结合认知无线电能自由切换中心频率、带宽以及调整参数的特性，为了更灵活有效的利用有限的频谱资源，针对带宽分配问题进行了描述和建模，以充分利用不连续带宽来满足不同的用户需求。
　　（2）分析了认知无线网络的动态性、复杂性以及对这方面研究的欠缺，对认知无线网络环境及用户行为进行较全面的描述以及建模，包括对网络状态、主用户行为、信道特性以及次用户需求进行数学描述和分析。结合QoE对用户满意度的量化评估，提出了基于QoE的动态频谱分配模型，将基于用户需求的带宽分配问题描述成限制条件下的动态寻优数学问题。
　　（3）研究了启发式算法的寻优性，设计了改进型蜜蜂算法，该算法中引入萤火虫算法的聚合特性和全局寻优性，实现更好的寻优性和收敛性；同时针对本文问题，以优化整体用户满意度为目标，设计了用户公平性保证机制，并结合基于QoE的动态频谱分配模型，提出了基于QoE及改进型蜜蜂算法的自适应频谱分配优化算法，并与其他已有优化算法比较，以证明算法的优越性。
　　（4）为了更好的描述用户的需求以及分配过程，本文采用通用软件无线电外设（Universal Software Radio Peripheral，USRP）实现了不同需求次用户通信过程以及在主用户共存的情况下次用户的频谱分配过程。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景及意义

1.3 相关领域国内外研究现状

1.4 本文的主要研究工作与组织结构

第2章 基于QoE的动态频谱分配模型研究

2.1 主用户及信道模型

2.2 次用户模型

2.3 网络状态模型

2.4 基于QoE的动态频谱分配模型

2.5 本章总结

第3章 基于QoE及改进型蜜蜂算法的自适应频谱分配算法研究

3.1 基于改进型蜜蜂算法的带宽分配算法

3.2基于QoE及改进型蜜蜂算法的自适应频谱分配算法

3.3 算法仿真实验及结果分析

3.4 本章总结

第4章 基于USRP和GNU Radio的认知无线电频谱分配实现

4.1 USRP与GNU Radio简介

4.2 多媒体传输的USRP实现

4.3基于QoE的多媒体传输频谱分配方法USRP实现

4.4本章总结

第5章 总结与展望

5.1 全文工作总结

5.2 未来工作展望

致谢

参考文献

附录一 研究生期间的研究成果