基于排隊(duì)論和博弈論的認(rèn)知無(wú)線電動(dòng)態(tài)頻譜接入機(jī)制研究.pdf

1、為了滿足日益增長(zhǎng)的無(wú)線應(yīng)用需求，認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)（Cognitive Radio Network，CRN）被提出來(lái)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(guò)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(wèn)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

2、度開(kāi)展對(duì)認(rèn)知無(wú)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(guò)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

3、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(guò)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

4、用。本文將SU的頻譜接入過(guò)程視為一個(gè)非合作博弈過(guò)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(guò)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

5、在分布式CRN中，SU無(wú)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)

6、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(guò)程中因?yàn)榈却龝r(shí)間超過(guò)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