认知网络中时延敏感业务的频谱切换技术研究

摘要

在认知无线电网络中,时延业务是一类很普遍又很重要的业务类型。频谱切换技术作为认知网络中的关键技术,直接决定了传输业务的多项性能。与传统通信网络不同,主用户拥有对信道的优先使用权,认知用户只能以机会式接入方式使用空闲信道。这种认知网络特有的属性导致系统不稳定,频谱切换技术正是为解决这个问题被提出来。通过设计信道分配规则,频谱切换技术实现了对用户间的协调调度,提高了通信稳定性和信道利用率。而针对认知无线电网络中时延业务的频谱切换技术研究非常少,因此对时延业务在认知网络中的频谱切换技术需要更深入的研究。
　　时延业务对传输时延要求较高,过去面向数据业务的“尽力而为”的业务模式已经不能完全满足时延业务的性能要求。本文在传统频谱切换技术的基础上,针对时延业务的特点,提出了适用于时延业务传输的频谱切换策略。在第二章首先简单介绍了频谱切换技术的相关概念,根据现有文献对部分频谱切换策略进行了总结,详细分析了不同频谱切换策略的优劣以及各自适用场景。第三章考虑到时延业务占用带宽资源的问题,研究了缓存队列机制在提高信道利用率,降低呼入阻塞率和强制中断率等方面的作用,并与信道预留策略进行了性能上的比较。同时考虑到时延业务对时延要求不同的特点,在第四章中将时延业务细分为不同优先级,重点分析了在切换过程中优先级机制对时延的影响。
　　本文依托于国家自然科学基金青年基金项目“认知用户多信道传输资源分配策略研究”,综合考虑不同时延业务不同的QoS需求,在第五章按照业务类型和用户接入类型将业务分为四个优先级。并且在前两章的研究基础上提出了基于区分优先级和有限缓存队列的频谱切换策略。在本章中,时延业务按照抢占优先级被细分为实时业务和非实时业务两类,且实时业务优先级高于非实时业务;按照接入优先级又被细分为切换业务和新接入业务,且切换业务优先级高于新接入业务。当系统中没有可用信道时,认知用户的切换请求可以进入有限缓存队列等待服务。有限缓存队列一方面降低了强制中断率提升了系统吞吐量,另一方面保证了用户间的公平性。此外本文采用集中式管理架构,引入中心控制基站负责用户间信息的同步,避免用户间发生碰撞。本章建立了抢占恢复优先级M/M/c/c+k马尔科夫模型用来分析了频谱切换算法的性能,包括呼入阻塞率、吞吐量、实时业务的平均传输完成时间等。并使用MATLAB对切换算法场景进行了仿真分析,理论分析和仿真结果都表明提出的算法能分别满足不同类型的业务的QoS需求。

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第一章绪论

1.1认知无线电概述

1.2课题研究背景及意义

1.3论文研究重点及成果

1.4论文内容安排

第二章认知网络中频谱切换理论的研究

2.1频谱切换的相关概念

2.2频谱切换的关键技术及流程

2.3频谱切换策略的研究现状

2.4频谱切换的性能指标

2.5时延敏感业务

2.6本章小结

第三章基于有限缓存队列的频谱切换算法

3.1问题分析

3.2频谱切换模型分析

3.3基于缓存队列的频谱切换算法分析

3.4仿真分析

3.5本章小结

第四章基于优先级的频谱切换算法

4.1问题分析

4.2基于业务优先级的频谱切换模型

4.3平均累积切换时延的分析

4.4仿真分析

4.5本章小结

第五章基于有限缓存队列优先级的频谱切换算法

5.1问题分析

5.2频谱切换场景及模型

5.3频谱切换算法建模

5.4基于优先级的频谱切换仿真及分析

5.5本章小结

第六章全文总结及未来展望

6.1全文总结

6.2本文的贡献

6.3未来工作的展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果