基于USRP的認(rèn)知多信道MAC協(xié)議實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究.pdf

1、伴隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，頻譜資源的短缺問題也日益嚴(yán)重。認(rèn)知無線電技術(shù)能夠感知“頻譜空洞”，并通過機(jī)會(huì)式的頻譜接入和切換實(shí)現(xiàn)對(duì)頻譜空洞的利用，同時(shí)不影響授權(quán)用戶的通信，從而有效地提升有限頻譜資源的利用率，促進(jìn)現(xiàn)有多種異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的有效融合。進(jìn)一步地，認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)需要采用高效的多信道MAC協(xié)議為相鄰認(rèn)知節(jié)點(diǎn)協(xié)商出基于頻譜空洞的通信機(jī)會(huì)，并有效解決授權(quán)用戶出現(xiàn)時(shí)的通信信道重構(gòu)問題。
　　現(xiàn)有大多數(shù)的多信道認(rèn)知MAC協(xié)議存

2、在的主要問題包括有賴于全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘的精確同步和需要利用部分或全部節(jié)點(diǎn)皆可用的控制信道來實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的通信機(jī)會(huì)協(xié)商。在實(shí)際應(yīng)用中，這兩個(gè)要求是很難同時(shí)滿足的。為此，現(xiàn)有文獻(xiàn)提出了多種基于跳頻匯聚的異步認(rèn)知MAC協(xié)議，在避免對(duì)某個(gè)特殊信道過分依賴的同時(shí)有效降低了節(jié)點(diǎn)通信對(duì)時(shí)鐘同步精度的要求。
　　然而，這些協(xié)議的關(guān)注點(diǎn)主要集中于跳頻序列的設(shè)計(jì)，只推導(dǎo)出了時(shí)鐘異步情況下的相鄰節(jié)點(diǎn)通信匯聚時(shí)延的理論上限，卻未能對(duì)協(xié)議實(shí)現(xiàn)的具體細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)

3、計(jì)。此外，目前對(duì)于基于跳頻匯聚的異步認(rèn)知MAC協(xié)議的研究基本停留在軟件仿真階段，缺乏基于實(shí)物平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)演示驗(yàn)證。為此，本論文的研究重點(diǎn)是為基于跳頻匯聚的異步認(rèn)知 MAC協(xié)議設(shè)計(jì)完整的系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)以及相應(yīng)的性能優(yōu)化方法，并基于USRP硬件和GNU Radio軟件無線電平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示驗(yàn)證。
　　首先，本論文參照同步多信道MAC協(xié)議的基本思想為基于跳頻匯聚的異步認(rèn)知MAC協(xié)議設(shè)計(jì)了具體的協(xié)議系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)，在分析該狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)原理的基礎(chǔ)上，明

4、確了該協(xié)議過程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件和應(yīng)執(zhí)行的具體動(dòng)作，詳細(xì)闡述了本文采用的多線程控制技術(shù)、系統(tǒng)線程控制方法和每個(gè)線程的運(yùn)行流程，從而為下一步基于USRP軟件無線電平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)演示驗(yàn)證奠定了基礎(chǔ)。
　　其次，針對(duì)本協(xié)議設(shè)計(jì)的異步特性，本論文進(jìn)一步分析了認(rèn)知發(fā)送節(jié)點(diǎn)在每個(gè)跳頻時(shí)隙內(nèi)發(fā)送時(shí)間的優(yōu)化選擇問題，并基于 Q學(xué)習(xí)提出了一種發(fā)送時(shí)間的遞歸優(yōu)化選擇方法。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可以看出，通過基于 Q學(xué)習(xí)的發(fā)送時(shí)間優(yōu)化能夠有效減少認(rèn)知收發(fā)雙方的跳頻匯聚