认知无线网络确保K信道连通的拓扑控制方法研究

摘要

认知无线网络能够根据外界环境的变化感观、察知网络的变化，并能够基于获知的信息对当前拓扑结构的变化做出合理的推断和优化，自适应地完成网络的决策。认知无线网络的连通性，对于确保信息能在网络用户间进行交互至关重要。在认知无线网络场景下存在主用户和次级用户两种用户。其中，主用户对信道使用的优先级高，可在任意时刻回收网络中的任意信道；次级用户则必须退让出主用户所回收的信道。因此，主用户活动易造成次级用户传输中的中断，并导致网络拓扑出现割裂情况，使得网络的连通性难以得到保障。因此，考虑如何在主用户活动的前提下，实现认知无线网络的连通性已经成为急需解决的问题。拓扑控制作为保障网络连通性的一种重要手段，目前已经有大量的研究工作来通过拓扑控制维持网络的连通性。在传统通信网络中，高容错性的拓扑控制算法只能保障网络的K边或者K点连通，并没有考虑主用户随机性活动带来的影响。在认知无线网络中，已有相关的工作来保障网络中任意一个信道被回收之后的连通性。但是，在更为现实的网络中，存在多个主用户同时占用网络中的任意多个信道资源时，如何保证网络的连通性依然是一个没有被解决的问题。
　　针对上述问题，本文考虑在多个信道被主用户同时占用的网络场景下，设计了高效的拓扑控制算法来保障网络的连通性。我们通过调整次级用户的传输功率以及传输使用的信道，以实现最小化网络构建k(k?2,3,4...)信道连通和无冲突特性拓扑所需的信道数目为目标。k信道连通网络指的是在任意k?1个信道被回收之后，剩余网络依然能够保证连通。算法的具体核心思想为：保证网络中任意k?1独立集不构成网络的点割集，这里的独立集是指在相同信道上进行信息交换的次级用户集合。本文提出了中心式（CKCC） K信道连通拓扑控制方案。中心式算法主要分为三个部分：1）拓扑构建：2）功率调控：3）信道分配。
　　最后，本文对设计的中心式K信道连通拓扑控制算法进行了仿真测试。测试结果表明本文设计的算法不仅可以保障认知无线网络K信道连通和无冲突特性，还优化了网络所需要的信道数，节约频谱资源，此外，所提算法还能够节省次级用户节点的发射功率，从而延长网络的生存周期。

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第一章 绪论

1.1认知无线网络概述

1.2研究的背景与现状

1.3选题的目的和意义

1.4做出的主要贡献

1.5本文主要研究内容

第二章 K信道连通网络系统模型和问题建模

2.1图论基础知识

2.2系统模型

2.3网络问题建模

2.4本章小结

第三章 K信道连通网络算法设计

3.1信道连通拓扑控制算法研究概述

3.2 K信道连通拓扑控制算法概述

3.3中心式K信道连通（CKCC）拓扑控制算法

3.4本章小结

第四章 仿真结果

4.1仿真设置

4.2 K信道连通算法测试及分析

4.3 K信道连通算法与其他算法的测试及分析

4.4仿真结论

4.5本章小结

第五章 结束语

参考文献

致谢

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