本文關(guān)鍵詞：基于排隊(duì)論和博弈論的認(rèn)知無線電動(dòng)態(tài)頻譜接入機(jī)制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：為了滿足日益增長(zhǎng)的無線應(yīng)用需求,認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)(Cognitive Radio Network,CRN)被提出來用以克服傳統(tǒng)靜態(tài)頻譜分配策略利用率低下的缺點(diǎn),主要通過動(dòng)態(tài)頻譜接入技術(shù)有效實(shí)現(xiàn)主要用戶(Primary User,PU)和次要用戶(Secondary User,SU)的頻譜共享。動(dòng)態(tài)頻譜接入技術(shù)的應(yīng)用目前還面臨許多挑戰(zhàn),不僅要考慮技術(shù)問題,還需要考慮有與其頻譜使用特點(diǎn)相匹配的新政策和經(jīng)濟(jì)模型。因此,本文從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)角度開展對(duì)認(rèn)知無線電動(dòng)態(tài)頻譜接入機(jī)制的研究。首先,針對(duì)SU傳輸被PU搶占后需要重新傳輸整個(gè)數(shù)據(jù)包的情況,本文利用排隊(duì)論提出了一種適用于多信道環(huán)境的自適應(yīng)頻譜決策算法,以降低SU數(shù)據(jù)包在系統(tǒng)內(nèi)的平均停留時(shí)間。本文基于M/G/1中斷重傳排隊(duì)理論提出了相應(yīng)的系統(tǒng)模型,并基于該模型為SU接入分別設(shè)計(jì)了基于概率的決策機(jī)制和基于感知的決策機(jī)制。在基于概率的決策機(jī)制下,通過設(shè)計(jì)合理的概率分配向量,將SU業(yè)務(wù)流量均衡的分配到各個(gè)信道,充分優(yōu)化資源配置,最小化SU系統(tǒng)時(shí)間;在基于感知的決策機(jī)制下,通過改善SU信道感知順序,增加SU搜索到空閑信道的概率,減少排隊(duì)等待時(shí)間,從而降低系統(tǒng)時(shí)間。最后,在對(duì)這兩種機(jī)制下SU平均系統(tǒng)時(shí)間比較的基礎(chǔ)上,提出了自適應(yīng)頻譜決策算法。仿真結(jié)果表明,與隨機(jī)接入算法和基于感知的候選信道選擇算法相比,本文提出的自適應(yīng)算法能夠有效降低SU的平均系統(tǒng)時(shí)間。其次,本文從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā),基于頻譜定價(jià)機(jī)制研究了SU的頻譜接入控制,以實(shí)現(xiàn)頻譜資源的合理利用。本文將SU的頻譜接入過程視為一個(gè)非合作博弈過程,SU可以根據(jù)自身效用決定是否要接入頻譜。但是,如果每個(gè)SU都追求自身效用最大化,就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)整體效用下降,而定價(jià)機(jī)制可以有效促使SU按照改善整體性能的方式采取行動(dòng)。由于SU在不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下掌握的系統(tǒng)信息不同,因此本文針對(duì)分布式CRN架構(gòu)和集中式CRN架構(gòu)分別建立了相應(yīng)的接入模型。在集中式CRN中,SU可以通過中央處理器獲知信道狀態(tài)信息以及排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)信息,可以利用可視排隊(duì)模型進(jìn)行分析;而在分布式CRN中,SU無法獲知隊(duì)長(zhǎng)信息,同時(shí)考慮到SU的頻譜決策機(jī)制可以分為基于概率和基于感知兩種機(jī)制,因此可分別利用信息不可視排隊(duì)模型和部分信息可視排隊(duì)模型進(jìn)行分析。本文針對(duì)這些不同的分析模型,分別研究了SU追求個(gè)體利益最大化時(shí)的納什均衡接入策略和社會(huì)整體收益最大化時(shí)的社會(huì)最優(yōu)接入策略,并根據(jù)頻譜價(jià)格和SU接入概率之間的關(guān)系,提出了相應(yīng)的頻譜定價(jià)機(jī)制。實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果驗(yàn)證了本文的理論分析,同時(shí)表明與不考慮頻譜收費(fèi)相比,本文提出的頻譜定價(jià)機(jī)制能夠有效提高社會(huì)整體收益。另外仿真結(jié)果還顯示,提高SU的系統(tǒng)狀態(tài)信息掌握程度,有利于SU做出更理智的個(gè)體決策,從而促進(jìn)社會(huì)整體收益的提高。最后,考慮到實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)或?qū)r(shí)延敏感的業(yè)務(wù)要滿足一定時(shí)延約束的情況,本文基于博弈論和排隊(duì)論研究了相應(yīng)的頻譜接入控制策略。對(duì)于時(shí)延敏感業(yè)務(wù),SU即使選擇了接入信道,也有可能在等待過程中因?yàn)榈却龝r(shí)間超過容忍限度而選擇放棄傳輸,從等待隊(duì)伍中退出。因此,本文基于具有止步和中途退出的可修排隊(duì)模型,利用水平穿越法獲得了SU平均系統(tǒng)時(shí)間的表達(dá)式,在此基礎(chǔ)上研究了SU的納什均衡接入策略和社會(huì)最優(yōu)接入策略,并進(jìn)一步提出相應(yīng)的定價(jià)機(jī)制,促進(jìn)社會(huì)整體收益提高。通過與不考慮頻譜收費(fèi)的情況相比,仿真結(jié)果證明了本文所提定價(jià)機(jī)制的有效性。
【關(guān)鍵詞】：認(rèn)知無線電 頻譜接入 頻譜交易 排隊(duì)論 博弈論
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN925
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 縮略詞表16-17
• 第1章 緒論17-31
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義17-19
• 1.2 動(dòng)態(tài)頻譜接入19-21
• 1.3 認(rèn)知無線電動(dòng)態(tài)頻譜接入的研究現(xiàn)狀21-27
• 1.3.1 基于拍賣的方法21-23
• 1.3.2 基于馬爾可夫的方法23-24
• 1.3.3 基于排隊(duì)論的方法24-25
• 1.3.4 基于博弈論的方法25-27
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容27-31
• 第2章 博弈論和排隊(duì)論理論分析31-43
• 2.1 博弈論31-35
• 2.1.1 博弈論基本概念31
• 2.1.2 非合作博弈31-34
• 2.1.3 博弈論在CRN中的應(yīng)用34-35
• 2.2 排隊(duì)論35-41
• 2.2.1 排隊(duì)論基本概念35-36
• 2.2.2 水平穿越法36-40
• 2.2.3 排隊(duì)系統(tǒng)中的博弈問題40-41
• 2.3 排隊(duì)博弈論在動(dòng)態(tài)頻譜接入中的應(yīng)用41-42
• 2.4 本章小結(jié)42-43
• 第3章 多信道自適應(yīng)頻譜決策算法43-60
• 3.1 引言43-44
• 3.2 系統(tǒng)模型44-46
• 3.3 自適應(yīng)頻譜決策算法46-53
• 3.3.1 度量指標(biāo)46-47
• 3.3.2 基于概率的頻譜決策47-51
• 3.3.3 基于感知的頻譜決策51-53
• 3.3.4 自適應(yīng)頻譜決策53
• 3.4 仿真結(jié)果和性能分析53-59
• 3.5 本章小結(jié)59-60
• 第4章 基于定價(jià)機(jī)制的頻譜接入控制60-102
• 4.1 引言60-62
• 4.2 系統(tǒng)模型62-64
• 4.3 分布式CRN中的頻譜接入控制64-81
• 4.3.1 完全壟斷市場(chǎng)64-77
• 4.3.2 雙寡頭壟斷市場(chǎng)77-81
• 4.4 集中式CRN中的頻譜接入控制81-88
• 4.4.1 個(gè)體均衡閾值策略82-86
• 4.4.2 社會(huì)最優(yōu)策略86-88
• 4.5 仿真結(jié)果和性能分析88-100
• 4.5.1 分布式CRN89-96
• 4.5.2 集中式CRN96-100
• 4.6 本章小結(jié)100-102
• 第5章 時(shí)延敏感業(yè)務(wù)的頻譜接入控制102-114
• 5.1 引言102
• 5.2 系統(tǒng)模型102-103
• 5.3 個(gè)體均衡策略103-109
• 5.4 社會(huì)最優(yōu)策略109
• 5.5 仿真結(jié)果和性能分析109-113
• 5.6 本章小結(jié)113-114
• 結(jié)論114-116
• 參考文獻(xiàn)116-129
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文129-131
• 致謝131-132
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷132

  本文關(guān)鍵詞：基于排隊(duì)論和博弈論的認(rèn)知無線電動(dòng)態(tài)頻譜接入機(jī)制研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：457178