認知無線網(wǎng)絡

前言

　　未來通信世界變化多端，但其顯著特點可以歸納為業(yè)務的高速增長和為滿足此增長而引起的寬帶化。這反映在無線移動通信領域，使無線移動通信網(wǎng)絡將面臨更高頻譜利用率和不同異構無線網(wǎng)絡如何協(xié)同工作以滿足各種業(yè)務需求及更好的用戶體驗的巨大挑戰(zhàn)?！　≌J知無線網(wǎng)絡（cognitive radio network，CRN）是在感知無線電技術基礎上形成的網(wǎng)絡形態(tài)，是當今通信技術的前沿研究領域之一。認知無線網(wǎng)絡具有高度智能化能力，能感知網(wǎng)絡的環(huán)境信息和分辨當前的網(wǎng)絡狀態(tài)，并依據(jù)這些狀態(tài)進行相應的規(guī)劃、決策和響應。這些都是為了實現(xiàn)端到端的效能，以提高網(wǎng)絡資源的使用效率?！　≌J知無線網(wǎng)絡研究的主要問題及關鍵技術包括以下幾個方面：認知無線網(wǎng)絡中的感知技術，包括頻譜感知、頻譜檢測、認知引擎，動態(tài)頻譜管理、智能聯(lián)合無線資源管理、認知導頻信道，端到端重配置以及網(wǎng)絡的自管理和自學習等。與目前處于研究熱點的感知無線電技術相比，認知無線網(wǎng)絡的網(wǎng)絡結構發(fā)生了根本性的變化，增添了很多新的功能和元素。　　為了實現(xiàn)上述需求，認知無線網(wǎng)絡應該具備以下主要特征：網(wǎng)際和網(wǎng)間的網(wǎng)絡協(xié)同功能，對環(huán)境的感知能力、對環(huán)境變化的學習能力及對環(huán)境變化的自適應性，通信質(zhì)量的高可靠性，對網(wǎng)絡資源而言尤其是頻譜資源的動態(tài)管理以及系統(tǒng)功能模塊和協(xié)議的可重構性等?！　”M管各項研究工作剛剛起步，但認知無線網(wǎng)絡極具潛力，具有高度智能化的認知無線網(wǎng)絡將對人類社會未來的信息通信發(fā)展產(chǎn)生不可估量的影響，甚至會改變我們生活的方方面面、提高我們的生活質(zhì)量。所以，就全球而言，認知無線網(wǎng)絡已成為新一代信息通信網(wǎng)絡具有重要意義的核心內(nèi)容之一。對它的研究包括基礎理論和具體實現(xiàn)環(huán)節(jié)上的技術等。認知無線網(wǎng)絡具有高智能性及靈活性，從構成網(wǎng)絡的終端、無線接入等到網(wǎng)絡的協(xié)議、軟硬件體系結構多方面，都要具有自主、自管理、自配置、自優(yōu)化等功能。因此，要在工程上實現(xiàn)真正意義上的認知無線網(wǎng)絡，仍然有相當長的道路要走。

內(nèi)容概要

本書主要介紹了認知無線網(wǎng)絡的基礎理論和關鍵技術。第一部分(第1、2章)是認知無線網(wǎng)絡的體系架構，主要介紹了認知無線網(wǎng)絡的定義及概述，給出了認知無線網(wǎng)絡的起源及發(fā)展歷程、各種定義及標準和工業(yè)界已經(jīng)提出的一些適用于認知無線網(wǎng)絡的網(wǎng)絡體系架構，對其各自的原理、功能實體及相關的運行機制進行了詳細描述。第二部分(第3～6章)主要介紹了認知無線網(wǎng)絡的一些關鍵技術，包括頻譜檢測技術、認知網(wǎng)絡的推理學習技術及聯(lián)合無線資源管理，對其各自的模型、原理、目前基本的研究方法及研究過程中的困難與挑戰(zhàn)等進行了詳細描述。第三部分(第7、8章)介紹了網(wǎng)絡的自管理與自優(yōu)化。　　本書既可作為通信、電子、信息等相關專業(yè)的科研人員、研究生和高年級本科生的參考書，也可供信息網(wǎng)絡研究開發(fā)人員、網(wǎng)絡運營商等網(wǎng)絡工程技術人員參考。

書籍目錄

前言 1 緒論 　1.1 認知無線網(wǎng)絡的概念 　　1.1.1 什么是認知無線電 　　1.1.2 什么是認知無線網(wǎng)絡 　　1.1.3 認知無線網(wǎng)絡理論的演進 　　1.1.4 認知無線網(wǎng)絡標準化體系 　1.2 認知無線網(wǎng)絡的多學科性 　1.3 認知無線網(wǎng)絡的主要研究問題及應用 　　1.3.1 主要研究問題及關鍵技術 　　1.3.2 應用 　參考文獻 2 認知無線網(wǎng)絡的體系結構 　2.1 認知循環(huán) 　　2.1.1 認知循環(huán)的概念 　　2.1.2 觀察 　　2.1.3 調(diào)整 　　2.1.4 計劃 　　2.1.5 決策 　　2.1.6 行為 　　2.1.7 學習 　　2.1.8 自主監(jiān)視 　2.2 認知無線電經(jīng)典架構模型 　　2.2.1 集中式架構 　　2.2.2 分布式架構 　　2.2.3 集中加分布式架構 　2.3 架構實例 　　2.3.1 E2R 　　2.3.2 E3 　2.4 認知無線網(wǎng)絡協(xié)議棧原理性設計——認知平面 　　2.4.1 技術背景 　　2.4.2 認知平面的定義 　　2.4.3 認知平面實施 　2.5 跨層設計 　　2.5.1 跨層設計定義 　　　　2.5.2 跨層設計動機 　　2.5.3 開放的挑戰(zhàn)性 　參考文獻 3 無線網(wǎng)絡認知技術 　3.1 頻譜檢測 　　3.1.1 引言 　　3.1.2 頻譜檢測技術的挑戰(zhàn) 　　3.1.3 頻譜檢測的基本模型 　　3.1.4 單節(jié)點頻譜檢測技術 　　3.1.5 多節(jié)點頻譜檢測技術 　　3.1.6 頻譜檢測的研究難點和發(fā)展方向 　　3.1.7 現(xiàn)有無線標準中的頻譜檢測 　3.2 認知引擎 　　3.2.1 認知網(wǎng)絡中的分布式學習和推理、方法和設計決策 　　3.2.2 認知網(wǎng)絡的自學習 　參考文獻 4 動態(tài)頻譜接入技術 　4.1 概述 　4.2 動態(tài)授權 　4.3 動態(tài)頻譜共享 　　4.3.1 水平共享 　　4.3.2 垂直共享 　4.4 基于網(wǎng)間和網(wǎng)內(nèi)的動態(tài)頻譜分配 　　4.4.1 基于網(wǎng)間的動態(tài)頻譜共享 　　4.4.2 基于網(wǎng)內(nèi)的動態(tài)頻譜共享 　參考文獻 5 智能聯(lián)合無線資源管理 　5.1 智能聯(lián)合無線資源管理模型 　　5.1.1 公共無線資源管理 　　5.1.2 聯(lián)合無線資源管理 　5.2 接納控制 　　5.2.1 異構網(wǎng)絡接納控制簡介 　　5.2.2 聯(lián)合會話接納控制算法 　5.3 負載均衡 　　5.3.1 引言 　　5.3.2 擁塞狀態(tài)前的負載均衡方法 　　5.3.3 擁塞狀態(tài)后的負載均衡方法 　參考文獻 6 認知導頻信道 　6.1 認知導頻信道的概念 　6.2 CPC理論的最初構想 　　6.2.1 DSA環(huán)境下的概念 　　6.2.2 協(xié)助網(wǎng)絡選擇的方案 　　6.2.3 面臨的挑戰(zhàn)和可選的解決方案 　6.3 E2R II認知導頻信道 　　6.3.1 CPC廣播的一致需求 　　6.3.2 CPC廣播操作的基本原則 　　6.3.3 實現(xiàn)可能性 　　6.3.4 CPC模型 　　6.3.5 CPC的標準化和調(diào)整 　參考文獻 7 端到端重配置 8 網(wǎng)絡自管理——Self-X 參考文獻

章節(jié)摘錄

　　在認知無線網(wǎng)絡領域中，現(xiàn)有的研究主要關注于網(wǎng)絡認知功能的實現(xiàn)方式上。關于協(xié)議實現(xiàn)部分研究剛剛起步，至今并沒有對現(xiàn)有的協(xié)議棧做根本性的改動。隨著研究的深入，我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的協(xié)議棧結構無法有效承載認知無線網(wǎng)絡的功能。認知無線網(wǎng)絡領域研究涉及的認知信息十分廣泛，包括節(jié)點的資源信息、節(jié)點能夠提供的業(yè)務質(zhì)量信息、策略信息、運營商偏好信息、用戶偏好信息、節(jié)點測量的通信環(huán)境信息等。需要指出的是，認知信息的范疇在后續(xù)的研究中還會不斷擴充，所以需要有一個專門的途徑來將這些信息進行高效的組織，并且留有充分的擴展空間。用戶平面是專門用來傳遞用戶語音或數(shù)據(jù)的功能平面，用該平面承載認知信息是顯然不合理的。現(xiàn)有的控制平面除了承載控制信令外，也用來承載部分測量信息，比如終端測量的信號強度信息等。但這部分測量信息和認知無線網(wǎng)絡所要傳遞的認知信息相比，規(guī)模和功能都非常有限。如果在現(xiàn)有的控制平面承載認知信息，需要對控制平面做大量的改動，這對于已經(jīng)標準化成熟的網(wǎng)絡來說，是十分有難度的；并且考慮到網(wǎng)絡需要具有前向兼容特性，對現(xiàn)存的協(xié)議平面做大的改動也是不明智的?！　∥磥淼臒o線通信網(wǎng)絡將有多種無線通信技術共存，為了達到網(wǎng)絡資源的高效利用，網(wǎng)絡間的協(xié)作與融合不可避免。認知平面在未來的多網(wǎng)共存的網(wǎng)絡環(huán)境下需要完成傳遞網(wǎng)間資源信息，網(wǎng)間資源決策的功能。由于未來的多網(wǎng)絡間的無線資源管理及頻譜管理涉及大量的認知信息，認知平面的提出為高效的組織網(wǎng)間信息的交流提供了有效的途徑?？偟膩碚f，認知平面用于承載網(wǎng)絡的認知信息，這些信息為網(wǎng)絡的特定節(jié)點所用，完成具體的行為決策，達到網(wǎng)絡資源優(yōu)化使用的目的。

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