认知无线电中TCP跨层优化方案研究

摘要

目前，无线频谱资源因通信技术的快速发展而变得越来越紧缺，然而固定的频谱分配制度却使得有限的频谱资源得不到有效利用。认知无线电(Cognitive Radio，CR)技术可解决当前有限的可用频谱和低的频谱利用率之间的矛盾。本文以提高CR网络中的TCP性能为目标，对机会频谱接入中的信道接入决策和TCP吞吐量跨层优化问题进行相关研究。
　　由于受到感知设备能力的影响，次用户无法对频谱进行完全感知。针对该问题，本文首先使用部分可观测马尔可夫决策过程(Partially Observable Markov Decision Process, POMDP)模型对次用户的频谱感知和接入过程进行建模；然后将该模型转化为信念状态马尔可夫决策过程(Belief Markov Decision Process, BMDP)模型；最后使用Sarsa(λ)算法来求解BMDP模型，以帮助次用户选择合适的信道进行接入。仿真结果表明：本文所提出的机会频谱接入方案能提升次用户的吞吐量、有效传输容量和频谱利用率，同时降低数据传输过程中的误比特率。
　　为提高CR网络中端到端的传输性能，本文使用基于POMDP的机会频谱接入方案来完成次用户的信道选择。考虑感知时间和传输时间对CR网络中TCP性能的影响，本文在TCP Westwood协议基础上加入跨层通知机制和传输预判机制，以增强该协议在CR环境下的适应能力。另外，本文还通过建立的TCP吞吐量跨层模型找出了本文所搭建仿真场景下的最优感知时间。仿真结果表明：在CR网络中，使用改进后的TCP协议比使用TCP Reno和TCP Newreno协议所得到的TCP性能更好。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 认知无线电技术

1.3 研究现状

1.4 论文研究内容

1.5 论文组织结构

2 认知无线电网络关键技术

2.1 频谱感知技术

2.2 频谱接入技术

2.3 跨层优化技术

2.4 本章小结

3 基于POMDP的机会频谱接入研究

3.1 引言

3.2 OSA问题描述

3.3 网络系统模型

3.4 POMDP的求解

3.5 仿真结果分析

3.6 本章小结

4 CR网络中的TCP优化研究

4.1 引言

4.2 CR网络中TCP协议分析和改进

4.3 TCP吞吐量的跨层模型

4.4 CR仿真平台的搭建

4.5 仿真结果分析

4.6 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果