基于认知的分布式多信道无线网络仿真模型研究

论文摘要

近年来新兴的认知无线电技术在解决无线频谱资源紧缺问题上有着极其重要的作用,正被广泛而深入地研究。与此同时,国家863计划也针对认知无线电领域的相关研究进行了部署,针对该项技术展开了多方面的深入研究,本文研究所依托的背景项目“动态频谱资源共享宽带无线通信系统验证网络开发总体方案设计”,正是该计划针对认知无线电技术进行研究的项目之一。该项目在前期主要进行相关设计方案的理论研究与仿真验证,需要在仿真平台上对多信道的分布式认知无线电网络相关协议与体系架构理论设计进行仿真,通过仿真来验证项目中相关方案设计的合理性,为项目的方案设计提供决策依据。通过网络仿真是进行网络技术研究的一项重要且基本的手段,但是在现有的各种网络仿真平台上,均没有提供对认知无线电网络的仿真支持,这对本文背景项目的仿真研究造成了极大的困难。针对上述矛盾,为了满足项目相关仿真需求,本文在NS2网络仿真平台基础上,设计认知无线电网络节点仿真模型,使用该节点仿真模型在仿真平台上进行认知无线电网络的仿真研究。本文对认知无线电网络节点仿真模型的设计,主要通过对以下内容的研究加以完成:首先,由于背景项目所涉及的认知无线电网络工作于多信道环境下,需要进行多信道网络的仿真,因此本文在NS2平台基础上设计了多信道网络节点仿真模型,使用该仿真模型可以在仿真平台上有效地建立多信道网络进行仿真。通过对实际认知无线电网络节点基本功能的研究,在前述多接口多信道网络节点仿真模型基础上,设计添加了该仿真模型对认知基本功能的仿真能力,从而成功构建了多信道的认知无线电网络节点仿真模型。仿真验证表明了通过该节点仿真模型进行认知无线电网络仿真的合理性和有效性。本文对多信道网络节点仿真模型及多信道认知无线电网络节点仿真模型的设计实现,较好地满足了本文背景项目对认知无线电网络仿真的基本需求;由于在设计中同时兼顾了仿真模型的通用性,因此本文设计的两种节点仿真模型也可作为通用的仿真模型,供多信道网络和认知无线网络相关研究者根据仿真需要使用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图目录
• 表目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究的目标与内容
• 1.3 论文结构
• 1.4 本章小结
• 第二章 认知无线电研究综述
• 2.1 认知无线电的产生背景
• 2.2 认知无线电的基本概念
• 2.3 认知无线电的关键技术
• 2.3.1 频谱检测
• 2.3.2 动态频谱资源分配
• 2.3.3 功率控制和频谱管理
• 2.4 本章小结
• 第三章 多接口多信道网络节点仿真模型研究
• 3.1 网络仿真研究概述
• 3.1.1 主流网络仿真平台介绍
• 3.1.2 本文使用的仿真平台——NS2
• 3.1.3 网络仿真模型
• 3.2 NS2 平台MobileNode 仿真模型介绍
• 3.3 多接口多信道MobileNode 仿真模型研究现状
• 3.3.1 现有多接口多信道仿真模型扩展方案研究概述
• 3.3.2 现有多接口多信道仿真模型扩展方案局限性分析
• 3.4 多接口多信道MobileNode 仿真模型设计
• 3.4.1 多接口多信道MobileNode 的设计需求
• 3.4.2 多接口多信道MobileNode 的设计实现
• 3.4.3 对802.11DCF MAC 协议的多信道改进
• 3.5 对多信道节点模型的仿真验证
• 3.5.1 网络仿真场景设计
• 3.5.2 仿真结果分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 认知无线电网络节点仿真模型研究
• 4.1 认知无线电网络节点的基本功能
• 4.2 认知无线电网络节点仿真模型总体设计
• 4.3 频谱检测功能研究与设计
• 4.3.1 频谱扫描模块
• 4.3.2 主用户感知模块
• 4.4 动态频谱资源分配功能研究与设计
• 4.4.1 主用户信号对信道的占用
• 4.4.2 认知用户间的信道同步
• 4.5 频谱管理功能研究与设计
• 4.5.1 信道信息处理模块
• 4.5.2 信道质量评估模块
• 4.5.3 信道管理模块
• 4.6 功率控制功能研究与设计
• 4.7 本章总结
• 第五章 仿真验证及结果分析
• 5.1 基本仿真场景设计
• 5.2 针对频谱检测功能的网络仿真
• 5.2.1 网络吞吐率
• 5.2.2 网络平均时延
• 5.3 针对动态频谱分配功能的网络仿真
• 5.3.1 网络吞吐率和网络平均时延
• 5.3.2 网络信道数利用率
• 5.4 针对频谱管理功能的网络仿真
• 5.4.1 网络信道切换频率
• 5.4.2 网络信道数利用率
• 5.5 针对功率控制功能的网络仿真
• 5.5.1 网络吞吐率
• 5.5.2 网络平均时延
• 5.5.3 网络节点平均剩余能量
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间研究成果