基于无线电环境地图认知引擎关键技术研究

摘要

认知无线电技术是在软件定义无线电技术的基础之上，以提高频谱资源利用率为目标产生的新技术。同时，伴随着认知无线电技术和无线通信网络技术的发展，提高频谱资源利用率的目标得到了延伸和扩展。认知无线电的目标不再局限于对频谱资源利用率的提高，而是延展到对于无线电环境的探索以及人工智能技术在该方向的应用。　　无线电环境地图是存储无线电环境信息多维表征的数据库，对无线通信网络有重要的支撑作用。认知引擎是一个集分析、处理、推理、决策、执行和学习功能为一体的组件，在其内部触发需要改变无线电资源配置的相应进程，并结合网络中对应接口执行配置，是无线电环境和终端设备之间的桥梁。无线电环境地图对认知引擎提供无线电环境感知支持。同时，两者的结合可实现完整的认知环路，并赋予无线电设备或无线通信网络智能。本文围绕如何构建精准的无线电环境地图、无线电环境地图同认知引擎的结合以及两者结合之后在无线通信网络中的应用展开，具体工作包括：　　(1)在目前无线电环境地图国际研究新趋势下，优化传感器节点部署、改进插值方法以提高空间插值精度，是构造高精度无线电环境地图的两个主要方向。本文中在合理部署传感器节点的情况下，提出了一个基于超分辨率技术的无线电环境地图构造框架以提高无线电环境地图构建精度，该框架中包含克里金插值、字典学习和随机森林方法的应用。　　(2)从无线电环境地图对于无线通信网络的支持角度出发，结合经典的认知引擎结构，完成了对基于无线电环境地图内嵌式认知引擎的模块化设计，并使用OPNET网络仿真软件实现所设计认知引擎中不同模块的功能。　　(3)从路由协议对于无线通信网络的重要性出发，分析了传统的基于地理位置的路由方案，并设计了一种贪婪边界无状态路由同无线电环境地图相结合的路由方案，将其应用于所设计的认知引擎中。使用OPNET网络仿真软件对所设计的基于无线电环境地图的认知引擎对无线通信网络带来的收益进行测试和分析。验证了网络中在应用基于无线电环境地图的认知引擎组件下，对于网络所带来的吞吐量的提升，以及丢包率的降低效用。

目录

声明

第 1 章 引言

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 无线电环境地图研究现状

1.2.2 认知引擎研究现状

1.3 本课题主要研究内容

第 2 章 无线电环境地图认知引擎技术基础

2.1 无线电环境地图

2.1.1 无线电环境地图概述

2.1.2 无线电环境地图的分类

2.1.3 无线电环境地图在认知环中的作用

2.2认知引擎

2.2.1 认知引擎概述

2.2.2 认知引擎中的关键技术

2.2.3典型的认知引擎

2.3 本章小结

第 3 章 无线电环境地图高效构建方法研究

3.1 概述及通用模型

3.2 传统无线电地图构建插值方法

3.2.1 反距离权重插值法

3.2.2 克里金插值法

3.2.2 分布式簇克里金插值法

3.3 基于超分辨率技术的 REM 构建方法

3.3.1超分辨率相关技术

3.3.2 字典学习与稀疏编码

3.3.3 基于超分辨率技术的 REM 构建框架

3.3.4 仿真参数设置及结果分析

3.3 本章小结

第 4 章 基于 REM 内嵌式 CE 设计与实现

4.1 基于 REM 内嵌式 CE 的设计

4.2 基于 REM 内嵌式 CE 的组成

4.2.1 无线电环境感知模块

4.2.2 网络路由管理模块

4.2.3 智能决策模块

4.2.4 认知知识库

4.3 基于 REM 内嵌式 CE 的实现

4.4 本章小结

第 5 章 REM 内嵌式 CE 在传感器网络中的应用

5.1 无线传感器网络

5.2 传统地理位置路由

5.3 基于 REM 认知引擎驱动的地理路由

5.3.1 仿真模型及参数设置

5.3.2 性能分析

5.4本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录