认知Ad hoc网络中基于QoS的MAC机制研究

摘要

认知无线电技术是为解决频谱资源紧缺而提出的一种具有智能感知与决策的无线电技术。其核心思想是认知用户动态利用被授权给固定用户但空闲的频谱资源。认知Ad hoc网络是在无线Ad hoc网络中引入认知无线电技术的一种典型认知网络。其面临的两个主要问题是：变化的频谱环境以及对授权用户的保护。另一方面，随着无线网络业务的发展，无线通信中的QoS需求变得越来越重要。认知Ad hoc网络MAC机制对解决这些问题起着关键作用。针对认知Ad hoc网络面临的问题，本文作了三方面的研究。
　　 首先，本文研究了提供QoS支持的资源预约MAC机制，在802.11 DCF机制基础上进行改进来实现。通过加入认知用户代表分组来获取空闲数据信道的负载情况和主用户的返回概率并共享给其他认知用户，认知用户根据信道的情况，选择预约最优的数据信道进行数据发送以达到QoS需求。
　　 其次，本文对认知用户的发送功率控制进行了研究。认知Ad hoc网络是分布式无中心控制节点的无线网络，本文采用遗传算法来对次用户的发射功率进行优化，设计的目标函数包括对主用户的保护和次用户的信干比。通过功率控制可以使用户以最优的发送功率发送数据，最大限度的增加接入网络的节点数。
　　 最后，将支持QoS的资源预约和功率控制相结合，使得相同QoS需求等级的用户可最大限度的接入到能满足其QoS需求的空闲信道中。仿真结果表明，资源预约和功率控制相结合能使认知用户在满足QoS需求的前提下，实现空闲信道利用率的最大化和网络容量的提高。