【正文】 在此謹(jǐn)向張沛武老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。根本到達(dá)了初始目的。根據(jù)以上分析可知 協(xié)議1 同其他的典型架構(gòu)方案相比無(wú)疑具有更大的優(yōu)越性。在數(shù)據(jù)通信方面協(xié)議1 和協(xié)議2 的方案無(wú)疑更加優(yōu)越。 圖57：感知的認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)所謂數(shù)據(jù)通信過(guò)程復(fù)雜度,指的就是認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)完成一次數(shù)據(jù)通信所需要消耗的系統(tǒng)時(shí)間資源和空間資源。圖57右側(cè)這種網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是對(duì)頻譜的感知和決策由基站完成認(rèn)知節(jié)點(diǎn)不需要負(fù)責(zé)。認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)接收節(jié)點(diǎn)的一個(gè)工作循環(huán)如圖56 所示。②一旦收到控制節(jié)點(diǎn)的通信容許接收節(jié)點(diǎn)立即切換到基站下發(fā)的通信頻率中等待同發(fā)送節(jié)點(diǎn)的通信。其實(shí)現(xiàn)過(guò)程循環(huán)如圖55所示。根據(jù)以上要求認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)的一個(gè)工作循環(huán)如圖54所示。 圖53：通信協(xié)議的層次和功能由圖53 可以看出物理層的全部功能和數(shù)據(jù)鏈路層的局部功能已經(jīng)固化到了硬件系統(tǒng)中只有少數(shù)參數(shù)可以通過(guò)軟件進(jìn)展修改。協(xié)同感知一般有集中式感知和分布式感知兩種頻譜感知。將信x(t) 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間采樣后,經(jīng)過(guò)FFT和窗數(shù)濾波可得到Y(jié)(f)將計(jì)算得到的信能量與閾值λ比較后得到判決結(jié)果。只有在單個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)可以較為快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定地檢測(cè)出主用戶(hù)頻率使用狀態(tài)的根底上認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)才可以做出準(zhǔn)確的決策建立合理的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系。網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)形式應(yīng)在滿(mǎn)足簡(jiǎn)單、低本錢(qián)的前提下盡可能的進(jìn)步網(wǎng)絡(luò)的靈敏性和強(qiáng)健性。根據(jù)認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)結(jié)合的小型認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和要求網(wǎng)絡(luò)的研究重點(diǎn)主要集中在以下幾個(gè)方面。(3)有限的帶寬。(1)網(wǎng)絡(luò)的性。(3) Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是以一種可以自動(dòng)快速組網(wǎng)的拓?fù)錁?gòu)造和通信鏈路實(shí)時(shí)變化的挪動(dòng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造。其覆蓋范圍大約在100米左右任何在覆蓋范圍內(nèi)的支持無(wú)線(xiàn)域網(wǎng)的終端都可以在區(qū)域內(nèi)高速接入因特網(wǎng)理通信速率可達(dá)54Mbps。由于通信間隔 較短且出現(xiàn)障礙物的可能性較低因此終端的發(fā)射功率和工作功率都較低。筆者認(rèn)為但凡通信范圍較小(一般在數(shù)米到數(shù)百米)且采用無(wú)線(xiàn)電波作為傳輸介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)都可以認(rèn)為是短間隔 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。理上來(lái)講在認(rèn)知用戶(hù)接收機(jī)的性能好于授權(quán)用戶(hù)接收機(jī)的情況下只要嚴(yán)格限制非授權(quán)用戶(hù)的接收功率將其對(duì)授權(quán)用戶(hù)的干擾限制在噪聲門(mén)限之下認(rèn)知用戶(hù)對(duì)頻率的使用是不會(huì)影響授權(quán)用戶(hù)的。根據(jù)接入方式的不同頻譜分配方式可分為填充式和下勢(shì)式。所謂合作式頻譜分配指的是各個(gè)節(jié)點(diǎn)所采用的頻譜分配策略并不僅僅取決于節(jié)點(diǎn)自身的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和需求而是同時(shí)考慮了其他節(jié)點(diǎn)的處境。 所謂集中式頻譜分配指的是在認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中存在一個(gè)負(fù)責(zé)控制的中心節(jié)點(diǎn)(如基站)中心節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身的頻譜感知結(jié)果或者將其他認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的感知結(jié)果搜集匯總后最終由中心節(jié)點(diǎn)完成對(duì)其他節(jié)點(diǎn)的頻譜分配。(3)認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中頻譜空穴的最優(yōu)化利用問(wèn)題。在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的不同和本錢(qián)控制的要求靈敏的選擇不同的感知。通過(guò)將檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量與閾值相比較來(lái)確定主用戶(hù)的狀態(tài)。(2)匹配濾波法匹配濾波法的根本原理是將匹配濾波器的輸出與預(yù)先設(shè)定好的門(mén)限閾值進(jìn)展比較來(lái)完成對(duì)授權(quán)用戶(hù)的檢測(cè)的一種頻譜感知。(1)能量檢測(cè)法能量檢測(cè)法是一種最常用的頻譜感知。 頻譜感知的功能主要有兩個(gè)：一是對(duì)頻譜空穴的尋找——充分利用時(shí)機(jī)；二是通信過(guò)程中對(duì)授權(quán)用戶(hù)的檢測(cè)——及時(shí)感知授權(quán)用戶(hù)的狀態(tài)盡量防止對(duì)授權(quán)用戶(hù)產(chǎn)生干擾出于認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)特殊的應(yīng)用環(huán)境頻譜感知也有其自身的特點(diǎn)。通過(guò)將系統(tǒng)介紹認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、短間隔 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)并列出幾種典型的短間隔 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)和優(yōu)缺點(diǎn)。詳細(xì)地說(shuō)就是解決“如何發(fā)現(xiàn)頻譜空穴〞和“如何利用頻譜空穴〞這兩個(gè)問(wèn)題。平安機(jī)制通過(guò)增加MAC幀的認(rèn)證和以防御MAC平安機(jī)制層的平安攻擊。這些新的功能表達(dá)在MAC層的頻譜檢測(cè)理、接入控制、動(dòng)態(tài)頻譜分配、平安機(jī)制及跨層設(shè)計(jì)等各個(gè)方面。同時(shí)考慮到頻譜滲漏的問(wèn)題還有必要留出足夠的保護(hù)子載波。 在多載波傳輸技術(shù)中正交頻分復(fù)用(OFDM)是最正確候選技術(shù)。干擾溫度感知隨著FCC引入干擾溫度模型來(lái)測(cè)量干擾也有人提出通過(guò)測(cè)量干擾溫度進(jìn)展頻譜感知但這種通常要求CR節(jié)點(diǎn)知道授權(quán)用戶(hù)的位置目前尚面臨很多問(wèn)題。協(xié)同感知那么是通過(guò)數(shù)據(jù)交融多個(gè)節(jié)點(diǎn)的感知結(jié)果將進(jìn)展綜合判決。針對(duì)CR應(yīng)用寬帶射頻前端面臨的主要難題是 射頻前端需要在大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)檢測(cè)弱信?？鐚釉O(shè)計(jì)結(jié)合物理層和網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層等上層信息設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)全優(yōu)化的mac層技術(shù)。主要有：頻譜檢測(cè)理通過(guò)對(duì)檢測(cè)形式的選取、檢測(cè)周及檢測(cè)時(shí)長(zhǎng)的 設(shè)置、檢測(cè)信道的選取和檢測(cè)靜默的設(shè)置等實(shí)現(xiàn)檢測(cè)策略和參數(shù)的選取及優(yōu)化。其中頻譜理模塊使得系統(tǒng)可以使用不連續(xù)的信道并同時(shí)保持了MAC協(xié)議的簡(jiǎn)單性和可擴(kuò)展性。與IEEE 一樣WRAN采取面向連接的通信機(jī)制從而便于提供靈敏的QoS效勞。為了抑制這一系列問(wèn)題有必要結(jié)合位于不同位置的多節(jié)點(diǎn)進(jìn)展分布式地結(jié)合檢測(cè)。 傳輸層 傳輸層 傳輸層 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)層X(jué)G過(guò)程XG優(yōu)化 MAC 層繼承MAC層MAC層X(jué)G增強(qiáng)XG增強(qiáng)繼承XG 優(yōu)化物理層X(jué)G控制 物理層物理層收發(fā)機(jī)API收發(fā)機(jī)API收發(fā)機(jī)APIMAC：媒體接入控制API：應(yīng)用程序接口 圖32: XG協(xié)議棧構(gòu)造WRAN的IEEE 包括物理層和MAC的協(xié)議與IEEE 系列中的構(gòu)造、理和互聯(lián)等要求保持一致性。此功能模塊的作用就是確保一個(gè)數(shù)據(jù)包在滿(mǎn)足約束條件下盡可能快地傳送。它使用時(shí)機(jī)信息和約束條件創(chuàng)立一個(gè)動(dòng)態(tài)分配表。時(shí)機(jī)集是動(dòng)態(tài)的隨時(shí)間變化。XG的物理層增加了XG控制功能模塊該模塊識(shí)別出局部特定幀是具有XG特性的并對(duì)其進(jìn)展相應(yīng)處理。但現(xiàn)階段主要研究?jī)?nèi)容是圖上中間局部示意的系統(tǒng)協(xié)議構(gòu)造將具有XG特性和功能的層次模塊集合進(jìn)原有通信系統(tǒng)中。國(guó)防部高級(jí)研究方案署(DARPA)資助的XG工程也在積極關(guān)注動(dòng)態(tài)使用頻譜問(wèn)題。鏈路層基于感知信息信道估計(jì)或者用戶(hù)/法規(guī)要求等選擇一組子信道用以建立鏈接。多個(gè)SU組成SU組任何一個(gè)SU均屬于某個(gè)組。UCC是系統(tǒng)唯一的公用控制信道每個(gè)SU預(yù)先知道。CORVUS的協(xié)議構(gòu)造通用的OSI/ISO協(xié)議棧構(gòu)造如圖31所示。因此在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)建立一個(gè)初步的框架然后結(jié)合算法設(shè)計(jì)以及網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造設(shè)計(jì)的成果不斷 修訂最終完成網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計(jì)。常用通信協(xié)議體系結(jié)協(xié)議設(shè)計(jì)應(yīng)充分反映認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的特征構(gòu)都采用分層構(gòu)造在對(duì)認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展設(shè)計(jì)時(shí)將主要考慮物理層、媒體接入控制(MAC)層以及網(wǎng)絡(luò)層。正是因?yàn)楣?jié)點(diǎn)的這一特點(diǎn)使得這類(lèi)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造設(shè)計(jì)和布置與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有很大不同。在CPE與BS之間系統(tǒng)可通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)展轉(zhuǎn)發(fā)。IEEE (WRAN)使用未使用的電視播送信道在對(duì)電視信道不產(chǎn)生干擾的前提下為農(nóng)村地區(qū)、遙遠(yuǎn)地區(qū)和低人口度且通信效勞質(zhì)量差的提供類(lèi)似于在城區(qū)或郊區(qū) 使用的寬帶接入技術(shù)的通信性能。假設(shè)在對(duì)等SU或者SU與接入點(diǎn)(AP)間只存在單播通信不支持播送那么對(duì)等SU或SU與AP的通信允許分布式或集中式的組織方 式。 早在2004年加州大學(xué)伯克立分校的 Brodersen 教授指導(dǎo)的研究組就提出了認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電方式使用虛擬非授權(quán)頻譜的CORVUS體系構(gòu)造。為防止對(duì)主用戶(hù)的干擾分布式頻譜感知、測(cè)量、檢測(cè)算法以及頻譜理等認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電技術(shù)所特有的功能都必須加以考慮。信道分組使用同時(shí)也進(jìn)步了帶寬利用率。現(xiàn)有認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要有的CORVUS系統(tǒng)IEEE (WRAN)和支持多信道多接口的無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)；協(xié)議體系有CORVUS協(xié)議體系軍用的XG系統(tǒng)協(xié)議及WRAN協(xié)議等。自主計(jì)算的核心思想是實(shí)現(xiàn)自主理Selfmanagement〕功能主要表現(xiàn)為：自配置Selfconfiguring〕、自恢復(fù)Selfhealing〕、自?xún)?yōu)化Selfoptimizing〕、自保護(hù)Selfprotecting〕。 4．Selfx技術(shù) 下一代網(wǎng)絡(luò)交融了多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)這極大地增加了網(wǎng)絡(luò)理的復(fù)雜性針對(duì)此問(wèn)題研究人員提出了自主計(jì)算ACAutonomic puting〕的異構(gòu)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自主理架構(gòu)。 結(jié)合無(wú)線(xiàn)資源理JRRMJoint Radio Resource Management〕用于多個(gè)異構(gòu)無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)之間的無(wú)線(xiàn)資源分配它通過(guò)結(jié)合會(huì)話(huà)接納控制、結(jié)合會(huì)話(huà)調(diào)度、結(jié)合負(fù)載控制和切換等功能來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)性能和頻譜效率。為了協(xié)調(diào)授權(quán)用戶(hù)和非授權(quán)用戶(hù)間的關(guān)系進(jìn)步頻譜理的效率新的頻譜理思想和理規(guī)那么亟待提出以適應(yīng)用戶(hù)的需求和技術(shù)的開(kāi)展。相關(guān)的學(xué)習(xí)主要有：監(jiān)視學(xué)習(xí)、非監(jiān)視學(xué)習(xí)和半監(jiān)視學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)階段是當(dāng)外界環(huán)境參量發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)感知此變化并做出相應(yīng)的動(dòng)作響應(yīng)通過(guò)動(dòng)作響應(yīng)的結(jié)果判斷對(duì)系統(tǒng)性能的影響。為了進(jìn)步認(rèn)知的效率和完備性充分認(rèn)知環(huán)境的變化認(rèn)知域需要由傳統(tǒng)的單一無(wú)線(xiàn)環(huán)境擴(kuò)展為包括無(wú)線(xiàn)環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和用戶(hù)環(huán)境在內(nèi)的多域認(rèn)知環(huán)境。這個(gè)階段涉及無(wú)線(xiàn)頻譜資源的分配和理、對(duì)異構(gòu)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的結(jié)合理望得到資源的利用效率從而獲得系統(tǒng)性能的提升。此外認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的體系架構(gòu)應(yīng)該具有擴(kuò)展性和靈敏性以支持將來(lái)改善的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和新增的網(wǎng)絡(luò)元素從而實(shí)現(xiàn)更高層次的通信目的。這里的端到端指的是網(wǎng)絡(luò)所有元素都參與了同一個(gè)數(shù)據(jù)流的傳播。最終目的都是為了實(shí)現(xiàn)端到端的性能。無(wú)線(xiàn)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)能化操作者的才能。目前歐美等興隆和地區(qū)已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)展認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)級(jí)行為的研究和協(xié)議的制定。僅僅關(guān)注了無(wú)線(xiàn)鏈路底層而無(wú)視了不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的交互及協(xié)作。認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可以利用環(huán)境認(rèn)知來(lái)獲取環(huán)境信息通過(guò)對(duì)環(huán)境信息進(jìn)展處理和學(xué)習(xí)做出智能決策并以此進(jìn)展網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)線(xiàn)環(huán)境的動(dòng)態(tài)適應(yīng)。電視轉(zhuǎn)播所用的頻率由于是比過(guò)去的無(wú)線(xiàn)LAN更低的頻帶因此基站設(shè)備可覆蓋的范圍很大半徑超過(guò)40km。 “Wireless Regional Area Network(WRAN無(wú)線(xiàn)區(qū)域網(wǎng)絡(luò))〞。 當(dāng)前認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電技術(shù)已經(jīng)得到了各界的關(guān)注很多著名學(xué)者和機(jī)構(gòu)都投入到認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電相關(guān)技術(shù)的研究中啟動(dòng)了很多針對(duì)認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電的重要研究工程。從這個(gè)意義上講CR是更高層的概念不僅包括信處理還包括根據(jù)相應(yīng)的任務(wù)、政策、規(guī)那么和目的進(jìn)展推理和規(guī)劃的高層功能。一旦該頻段被LU使用CR有2種應(yīng)對(duì)方式：一是切換到其它空閑頻段通信；二是繼續(xù)使用該頻段但改變發(fā)射統(tǒng)率或者調(diào)制方案防止對(duì)LU的有害干擾。頻譜感知的主要功能是監(jiān)測(cè)可用頻段檢測(cè)頻譜空洞；頻譜分析估計(jì)頻譜感知獲取的頻譜空洞的特性；頻譜判決根據(jù)頻譜空洞的特性和用戶(hù)需求選擇適宜的頻段傳輸數(shù)據(jù)。Simon Haykin 那么從信處理的角度出發(fā)認(rèn)為：“CR是 一個(gè)智能無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)。3G網(wǎng)絡(luò)、UWB等技術(shù)的出現(xiàn),正是為應(yīng)對(duì)這種宏大的需求所產(chǎn)生的。其有限性和不可再生性也得到了廣泛的認(rèn)可。認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電可以幫助用戶(hù)自動(dòng)選擇的、最廉價(jià)的效勞進(jìn)展無(wú)線(xiàn)傳輸甚至可以根據(jù)現(xiàn)有的或者即將獲得的無(wú)線(xiàn)資源延遲或主動(dòng)發(fā)起傳送。認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)就是認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電的網(wǎng)絡(luò)化其本質(zhì)在于將認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)境感知、智能接入等應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)的整體中去研究。通過(guò)協(xié)議程序復(fù)雜度的角度切入對(duì)該協(xié)議進(jìn)展了分析。河北結(jié)合大學(xué)輕工學(xué)院QINGGONG COLLEGE, HEBEI UNITED UNIVERSITY說(shuō)明書(shū)文題目：小型認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的制定與設(shè)計(jì)