【正文】 可以歸結為多個個體的競爭和協(xié)作問題，這些問題可通過凸優(yōu)化、博弈論等數(shù)學工具進行建模分析和優(yōu)化，提出優(yōu)化策略?；谡J知平面與認知功能實體，可以對各種移動業(yè)務進行認知功能建模，獲取主/客觀技術參數(shù)，用于端到端效能評價模型。對于傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡，主要關注QoS指標，對于用戶/網(wǎng)絡滿意度難以完全滿足。我們需要針對端到端效能，建立評價準則和評價模型，然后得出一個綜合的評價結果。 無線網(wǎng)絡認知基礎理論與方法研究針對海量認知信息的攝入問題、認知信息的泛濫問題、認知信息的挖掘等問題，本課題提出了多域認知理論與方法，框架分為三層：多域本地認知層、多域協(xié)同認知層與多域主動認知層。研究思路是首先構建認知理論體系；其次在重點研究無線頻譜認知的基礎上，研究多域本地認知，實現(xiàn)認知信息的海量攝入；繼而針對海量認知信息，從有效表達、高效傳遞與協(xié)同處理出發(fā)進行一體化研究，實現(xiàn)認知信息的合理流動與可信融合；然后從預測推理角度進行認知信息的挖掘，實現(xiàn)認知信息的高效運用；認知信息的挖掘包括從不完全的認知信息得到較為完整的認知信息，從先驗認知信息得到預測認知信息；最后，研究面向不同系統(tǒng)能力和需求的動態(tài)環(huán)境認知策略。建立資源空間感知模型，提出多維邊緣檢測方法，確定資源的占用邊界，提升頻譜的利用率；從異構網(wǎng)絡的類型識別、路由質量、網(wǎng)絡狀態(tài)、網(wǎng)絡配置、網(wǎng)絡行為等角度出發(fā)，研究網(wǎng)絡環(huán)境認知；通過對業(yè)務感知機理、用戶需求等方面研究實現(xiàn)用戶環(huán)境認知，使得用戶需求能夠與無線網(wǎng)絡能力動態(tài)匹配，從而保證了端到端效能。多域本地認知將實現(xiàn)本地范圍內環(huán)境認知信息的獲取，為認知流提供輸入。本方面研究將以頻譜檢測為中心建立超頻譜空間多維綜合感知模型，采用小波等時頻分析方法，并結合分布式協(xié)同定位和地理信息，實現(xiàn)多維空穴的邊緣檢測。研究認知信息的有效表達、映射方法，在維護認知信息的完整性和無二意性前提下提高信息表達的效率；提出采用認知信息節(jié)點融合與分離技術來實現(xiàn)高效的認知信息傳遞方法。（3）多域主動認知理論與方法研究本部分研究內容包括預測推理、學習算法與認知信息共享，側重在前兩個問題的研究。（4）動態(tài)環(huán)境下的認知策略研究面向系統(tǒng)能力和需求，研究在簡單環(huán)境與復雜環(huán)境、即時響應環(huán)境與延時響應環(huán)境、動態(tài)確定響應環(huán)境與模糊響應環(huán)境、多目標多精度響應等不同環(huán)境下的策略準則和機制，以及不同策略準則下的決策手段。為了實現(xiàn)異構網(wǎng)絡中端到端效能的目標， 利用資源共享博弈等動態(tài)管理和優(yōu)化模型，通過網(wǎng)絡認知單元的信息交互和協(xié)調，形成優(yōu)化的資源分配方案和控制方法，實現(xiàn)認知網(wǎng)絡中資源的動態(tài)、智能管理與控制機制。依據(jù)資源分布，建立資源使用約束條件，將資源矢量劃分為可用資源矢量、己用資源矢量和禁用資源矢量。 在這種思想的指導下，根據(jù)不完整、不一致和不確定的資源信息，利用廣義矢量資源空間網(wǎng)格，實現(xiàn)資源特征信息的識別、匯聚、組織、描述，建立認知無線網(wǎng)絡統(tǒng)一的資源特征描述和表達方法。利用認知無線網(wǎng)絡下資源博弈的特點，通過在純策略的模型中引入策略選擇的順序、外生事件概率等多種關鍵因素，擴展博弈理論，形成基于多用戶博弈的動態(tài)資源管理控制機制和方法。首先根據(jù)網(wǎng)間協(xié)調使用準則，建立聯(lián)合管理目標函數(shù)，然后利用動態(tài)門限檢測手段，分析網(wǎng)間資源聯(lián)合使用需求，確定聯(lián)合管理策略，實現(xiàn)對資源的協(xié)調和一體化優(yōu)化利用。3）認知無線網(wǎng)絡資源動態(tài)分配方法首先，在資源矢量空間，利用神經網(wǎng)絡、博弈論及拓撲演化等技術，對資源使用需求、資源調整需求等進行多粒度的矢量建模，通過可用資源矢量的相關分析，給出可分配資源的預案，進一步考慮端到端效能，通過多目標優(yōu)化，給出資源使用的優(yōu)化分配方法。自主控制與適變機制根據(jù)對多域環(huán)境的認知，結合資源管理與配置信息，針對端到端的目標，通過學習和推理，得到匹配網(wǎng)絡模式的最佳傳輸模式，通過與無線傳輸處理進行交互，控制無線傳輸?shù)哪Ｊ胶头椒?，以匹配網(wǎng)絡模式。基于上述工作機理，研究的方案：以滿足認知無線網(wǎng)絡端到端效能的無線傳輸機制為目標，以認知無線網(wǎng)絡端到端的無線傳輸容量分析和基于認知的無線傳輸?shù)淖詫W習、自推理與自適變機制研究為出發(fā)點，最終獲得逼近網(wǎng)絡傳輸容量的具有自主控制和適變能力的認知無線網(wǎng)絡傳輸機制。通過建立認知無線網(wǎng)絡的異構優(yōu)先級（主次）傳輸模型和對等共存?zhèn)鬏斈Ｐ?，利用網(wǎng)絡信息論中關于干擾信道理論、具有信道邊信息（side information）的信道容量理論以及現(xiàn)有無線網(wǎng)絡容量理論，在完全認知和不完全認知的條件下，得出認知無線網(wǎng)絡端到端傳輸?shù)娜萘坎@得逼近該容量的傳輸體制設計準則。這是多用戶信息論中強干擾信道有關理論在認知無線環(huán)境中的絕妙運用。作為利用多天線提高頻譜共享效率的新型手段，認知多波束成形在動態(tài)跟蹤主用戶的干擾特征的基礎上，機會式地采用正交或者空間譜受限的波束來進行傳輸，從而顯著增加空間頻譜共享的效率和自由度。從馬爾可夫決策過程和博弈論出發(fā)，完成局部區(qū)域的無線傳輸資源動態(tài)集構建，并在局部信息條件下，運用非完全信息的合作博弈方法完成網(wǎng)絡所需無線傳輸資源子集的動態(tài)選擇與組合，為網(wǎng)元間傳輸提供最優(yōu)化無線傳輸資源，解決無線傳輸資源的自主控制問題。在對認知無線環(huán)境、網(wǎng)絡環(huán)境和用戶環(huán)境的認知并智能決策后，需要利用重構機理，執(zhí)行接收到的策略信息并作用于環(huán)境。認知無線網(wǎng)絡中的端到端重構機理研究在多域認知的基礎上，以端到端效能為目標，形成優(yōu)化的重構方案，實現(xiàn)網(wǎng)絡高效自主適變。1）構建端到端重構管理框架在認知無線網(wǎng)絡體系結構中建立相應的功能模塊進行重構管理實現(xiàn)端到端重構，其中包括重構策略、重構管理、重構軟件服務等不同的功能模塊。不同邏輯實體之間需要建立高效的網(wǎng)絡拓撲以及靈活的網(wǎng)絡部署和規(guī)劃，并設計標準化的接口、協(xié)議、流程，進而能夠實現(xiàn)整體網(wǎng)絡和終端的重構管理與控制。為了能夠實現(xiàn)自主端到端重構，各網(wǎng)絡協(xié)同工作，形成有機的整體。 2）端到端重構機制首先，利用網(wǎng)絡重構的細粒度構件化方法，分析重構的模式和參數(shù)等，并定義一系列通用的構件模塊，將重構對象及其重構行為，包括協(xié)議、軟件、模式等，進行模塊化分解。其次自主重構要求做到根據(jù)不同環(huán)境進行有效的重構，以端到端效能為目標，設計從高層到底層目標策略的智能目標轉化方法，并結合構件化分解方法，形成自主端到端重構功能。本課題將設計智能檢測和觸發(fā)方法，并基于目標策略的映射和構件模塊度量空間，進行構件模塊的最優(yōu)篩選，建立最優(yōu)的重構方法。最后，本課題將定義重構性能能的關鍵指標，如重構構件模塊數(shù)量、構件模塊的可重構性、構件模塊的實際匹配程度、重構運行的效果等，設計指標相應的度量空間，研究自主評估機理，進而提高自主重構中的自學習和自優(yōu)化能力。演示平臺的設計以理論分析為依據(jù)，通過建模、仿真、分析，首先設計驗證平臺，再針對平臺得到的數(shù)據(jù)進行再分析和反饋，指導理論研究，重新修正建模與仿真方法，最終完善設計，從而達到有效評估本項目提出的理論、方法與關鍵技術的目標。實現(xiàn)認知無線網(wǎng)絡功能實體，認知平面、網(wǎng)絡業(yè)務平面和控制平面的接口，實現(xiàn)各平面協(xié)議及信息交互，達到認知與控制功能的分離，從原理上演示與驗證基于多平面的、滿足適變性的認知網(wǎng)絡運行方式；2）多域信息認知原理、機理和方法的驗證與演示。包括動態(tài)組網(wǎng)、拓撲構建、資源分配與管理算法、自主傳輸算法和端到端重構相關算法等，對異構網(wǎng)絡的自主和可重構功能進行驗證。驗證演示平臺不僅將驗證演示新型認知網(wǎng)絡的功能，還將演示現(xiàn)有網(wǎng)絡與基于多平面的認知無線網(wǎng)絡的融合關系與及現(xiàn)有網(wǎng)絡向智能化網(wǎng)絡演進的方案，演示系統(tǒng)中網(wǎng)絡包括現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)絡（GSM/GPRS、cdma2000）、城域網(wǎng)絡（WiMax）、短距離無線網(wǎng)絡（）以及未來的具有認知功能的網(wǎng)絡等?，F(xiàn)有網(wǎng)絡可作為虛擬認知網(wǎng)絡的接入部分，通過智能映射機制，分配統(tǒng)一的網(wǎng)絡標識，進行統(tǒng)一地管理與控制，就可以穿越該網(wǎng)絡訪問不同類型的其它網(wǎng)絡，具有較強的適變性，而且還利用對無線環(huán)境、網(wǎng)絡環(huán)境和用戶環(huán)境的認知結果，進一步提高網(wǎng)絡的性能，異構網(wǎng)之間不再是簡單的互聯(lián)互通，而是達到高層次、高效率的融合。創(chuàng)新地提出認知和控制分離的設計思想，引入新的認知平面，以及承載認知信息的認知流，建立靈活的邏輯統(tǒng)一網(wǎng)絡框架，增強無線網(wǎng)絡的認知、自主和端到端重構能力，達到有效解決異構網(wǎng)絡融合的目標。它超越了傳統(tǒng)認知無線電的范疇，提出了一個包括多域本地認知層、多域協(xié)同認知層和多域主動認知層的三層認知理論體系框架。（3）提出支持“資源移動性”的矢量資源空間模型、自適應決策方法以及支持可變粒度的聯(lián)合分配方法本項目創(chuàng)新性地建立了認知無線網(wǎng)絡的矢量資源空間模型，提出了 “資源移動性”概念，刻畫了網(wǎng)絡資源的動態(tài)特征。（4）提出逼近網(wǎng)絡傳輸容量的具有自主控制和適變能力的認知無線網(wǎng)絡傳輸機制本項目在多域認知的基礎上，建立認知無線網(wǎng)絡的動態(tài)傳輸模型，并在端到端效能約束下獲得其傳輸容量，創(chuàng)新性地提出具有自主控制和適變能力的認知無線網(wǎng)絡傳輸機制，建立逼近其傳輸容量的傳輸體制設計準則，揭示該容量隨認知無線網(wǎng)絡動態(tài)環(huán)境變化的規(guī)律。本項目從研究新型認知無線網(wǎng)絡體系結構的基礎理論入手，提出認知、控制分離的設計思想，構建具有認知、決策和可重構能力的認知無線網(wǎng)絡。首先從創(chuàng)新性機理、理論和關鍵技術方面進行可行性分析，然后從研究基礎與經驗積累方面，最后從研究條件與研究隊伍方面，進行可行性分析。這些弊病歸根到底是由于傳統(tǒng)網(wǎng)絡結構封閉僵化，不能適應未來無線網(wǎng)絡智能化、適變性的要求。有鑒于此，本項目創(chuàng)新性的提出了可行的認知無線網(wǎng)絡體系結構，引入了認知平面和認知流概念，將認知信息和控制信息相分離，并貫穿到無線網(wǎng)絡的認知過程和自主管理/控制過程。應用這種設計思想構建認知無線網(wǎng)絡體系結構，具有設計原理的優(yōu)越性和設計方法的可行性。該理論框架從認知流的獲取對象出發(fā)，提煉出“多域認知”新概念；從認知流中認知信息的獲取/表達/傳遞/處理/預測過程出發(fā)，給出一個三層理論體系結構框架，即“多域本地認知層”、“多域協(xié)同認知層”與“多域主動認知層”。提出矢量資源空間模型、資源管理的自適應決策和智能控制機制，可變粒度聯(lián)合資源分配方法；設計能夠逼近網(wǎng)絡傳輸容量且具有自主控制能力的傳輸機制,提出資源管理和傳輸機制的聯(lián)合優(yōu)化設計方法。(2)研究基礎與科研積累可行性分析本項目組的各個單位都有多年從事信息通信領域研發(fā)的經驗，先后承擔過國家高技術研究發(fā)展計劃（863）、國家自然科學基金、國家科技攻關計劃和國防重大型號研制等上百項科研項目（詳見申請書的第八章）。本項目組承擔單位還參與了美國、歐盟在認知無線領域的研究項目，密切跟蹤國外在該領域的研究動態(tài)，掌握了最先進的實現(xiàn)技術，并具有很多創(chuàng)新性的研究成果。(3)研究條件與團隊組織可行性分析本項目的承擔單位包括北京郵電大學泛網(wǎng)無線通信教育部重點實驗室、北京郵電大學網(wǎng)絡與交換技術國家重點實驗室、西安電子科技大學綜合業(yè)務網(wǎng)理論及關鍵技術國家重點實驗室、總參61所、電子科技大學通信抗干擾技術國家級重點實驗室、解放軍理工大學、浙江大學信息與通信工程研究所、武漢大學軟件工程國家重點實驗室、和哈爾濱工業(yè)大學專用通信系統(tǒng)航天部重點實驗室，這些實驗室均是我國在通信領域的處于領先地位的單位。本項目的主要研究團隊結構合理，包括具有創(chuàng)新精神和科研領軍能力的首席科學家張平教授、在學術上造詣精深的周炯槃院士、陸建勛院士、李德毅院士、張乃通院士和劉韻潔院士、國內通信領域的著名專家以及一批銳意進取的青年學術骨干。四、年度計劃年度研究內容預期目標第一年1) 認知無線網(wǎng)絡框架設計：重點研究認知無線網(wǎng)絡結構理論