認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)

前言

　　未來通信世界變化多端，但其顯著特點(diǎn)可以歸納為業(yè)務(wù)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(dòng)通信領(lǐng)域，使無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將面臨更高頻譜利用率和不同異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)如何協(xié)同工作以滿足各種業(yè)務(wù)需求及更好的用戶體驗(yàn)的巨大挑戰(zhàn)。　　認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)（cognitive radio network，CRN）是在感知無線電技術(shù)基礎(chǔ)上形成的網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，是當(dāng)今通信技術(shù)的前沿研究領(lǐng)域之一。認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)具有高度智能化能力，能感知網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境信息和分辨當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，并依據(jù)這些狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)劃、決策和響應(yīng)。這些都是為了實(shí)現(xiàn)端到端的效能，以提高網(wǎng)絡(luò)資源的使用效率。　　認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)研究的主要問題及關(guān)鍵技術(shù)包括以下幾個(gè)方面：認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中的感知技術(shù)，包括頻譜感知、頻譜檢測、認(rèn)知引擎，動(dòng)態(tài)頻譜管理、智能聯(lián)合無線資源管理、認(rèn)知導(dǎo)頻信道，端到端重配置以及網(wǎng)絡(luò)的自管理和自學(xué)習(xí)等。與目前處于研究熱點(diǎn)的感知無線電技術(shù)相比，認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本性的變化，增添了很多新的功能和元素?！　榱藢?shí)現(xiàn)上述需求，認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具備以下主要特征：網(wǎng)際和網(wǎng)間的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同功能，對環(huán)境的感知能力、對環(huán)境變化的學(xué)習(xí)能力及對環(huán)境變化的自適應(yīng)性，通信質(zhì)量的高可靠性，對網(wǎng)絡(luò)資源而言尤其是頻譜資源的動(dòng)態(tài)管理以及系統(tǒng)功能模塊和協(xié)議的可重構(gòu)性等。　　盡管各項(xiàng)研究工作剛剛起步，但認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)極具潛力，具有高度智能化的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)將對人類社會(huì)未來的信息通信發(fā)展產(chǎn)生不可估量的影響，甚至?xí)淖兾覀兩畹姆椒矫婷?、提高我們的生活質(zhì)量。所以，就全球而言，認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)已成為新一代信息通信網(wǎng)絡(luò)具有重要意義的核心內(nèi)容之一。對它的研究包括基礎(chǔ)理論和具體實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)上的技術(shù)等。認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)具有高智能性及靈活性，從構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的終端、無線接入等到網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議、軟硬件體系結(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)真正意義上的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)，仍然有相當(dāng)長的道路要走。

內(nèi)容概要

本書主要介紹了認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)。第一部分(第1、2章)是認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的體系架構(gòu)，主要介紹了認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的定義及概述，給出了認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的起源及發(fā)展歷程、各種定義及標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)界已經(jīng)提出的一些適用于認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)，對其各自的原理、功能實(shí)體及相關(guān)的運(yùn)行機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)描述。第二部分(第3～6章)主要介紹了認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的一些關(guān)鍵技術(shù)，包括頻譜檢測技術(shù)、認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的推理學(xué)習(xí)技術(shù)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(jìn)行了詳細(xì)描述。第三部分(第7、8章)介紹了網(wǎng)絡(luò)的自管理與自優(yōu)化?！　”緯瓤勺鳛橥ㄐ?、電子、信息等相關(guān)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(luò)研究開發(fā)人員、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商等網(wǎng)絡(luò)工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

前言 1 緒論 　1.1 認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的概念 　　1.1.1 什么是認(rèn)知無線電 　　1.1.2 什么是認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò) 　　1.1.3 認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)理論的演進(jìn) 　　1.1.4 認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化體系 　1.2 認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的多學(xué)科性 　1.3 認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的主要研究問題及應(yīng)用 　　1.3.1 主要研究問題及關(guān)鍵技術(shù) 　　1.3.2 應(yīng)用 　參考文獻(xiàn) 2 認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) 　2.1 認(rèn)知循環(huán) 　　2.1.1 認(rèn)知循環(huán)的概念 　　2.1.2 觀察 　　2.1.3 調(diào)整 　　2.1.4 計(jì)劃 　　2.1.5 決策 　　2.1.6 行為 　　2.1.7 學(xué)習(xí) 　　2.1.8 自主監(jiān)視 　2.2 認(rèn)知無線電經(jīng)典架構(gòu)模型 　　2.2.1 集中式架構(gòu) 　　2.2.2 分布式架構(gòu) 　　2.2.3 集中加分布式架構(gòu) 　2.3 架構(gòu)實(shí)例 　　2.3.1 E2R 　　2.3.2 E3 　2.4 認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧原理性設(shè)計(jì)——認(rèn)知平面 　　2.4.1 技術(shù)背景 　　2.4.2 認(rèn)知平面的定義 　　2.4.3 認(rèn)知平面實(shí)施 　2.5 跨層設(shè)計(jì) 　　2.5.1 跨層設(shè)計(jì)定義 　　　　2.5.2 跨層設(shè)計(jì)動(dòng)機(jī) 　　2.5.3 開放的挑戰(zhàn)性 　參考文獻(xiàn) 3 無線網(wǎng)絡(luò)認(rèn)知技術(shù) 　3.1 頻譜檢測 　　3.1.1 引言 　　3.1.2 頻譜檢測技術(shù)的挑戰(zhàn) 　　3.1.3 頻譜檢測的基本模型 　　3.1.4 單節(jié)點(diǎn)頻譜檢測技術(shù) 　　3.1.5 多節(jié)點(diǎn)頻譜檢測技術(shù) 　　3.1.6 頻譜檢測的研究難點(diǎn)和發(fā)展方向 　　3.1.7 現(xiàn)有無線標(biāo)準(zhǔn)中的頻譜檢測 　3.2 認(rèn)知引擎 　　3.2.1 認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中的分布式學(xué)習(xí)和推理、方法和設(shè)計(jì)決策 　　3.2.2 認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí) 　參考文獻(xiàn) 4 動(dòng)態(tài)頻譜接入技術(shù) 　4.1 概述 　4.2 動(dòng)態(tài)授權(quán) 　4.3 動(dòng)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(dòng)態(tài)頻譜分配 　　4.4.1 基于網(wǎng)間的動(dòng)態(tài)頻譜共享 　　4.4.2 基于網(wǎng)內(nèi)的動(dòng)態(tài)頻譜共享 　參考文獻(xiàn) 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(gòu)網(wǎng)絡(luò)接納控制簡介 　　5.2.2 聯(lián)合會(huì)話接納控制算法 　5.3 負(fù)載均衡 　　5.3.1 引言 　　5.3.2 擁塞狀態(tài)前的負(fù)載均衡方法 　　5.3.3 擁塞狀態(tài)后的負(fù)載均衡方法 　參考文獻(xiàn) 6 認(rèn)知導(dǎo)頻信道 　6.1 認(rèn)知導(dǎo)頻信道的概念 　6.2 CPC理論的最初構(gòu)想 　　6.2.1 DSA環(huán)境下的概念 　　6.2.2 協(xié)助網(wǎng)絡(luò)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(rèn)知導(dǎo)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(shí)現(xiàn)可能性 　　6.3.4 CPC模型 　　6.3.5 CPC的標(biāo)準(zhǔn)化和調(diào)整 　參考文獻(xiàn) 7 端到端重配置 8 網(wǎng)絡(luò)自管理——Self-X 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　在認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中，現(xiàn)有的研究主要關(guān)注于網(wǎng)絡(luò)認(rèn)知功能的實(shí)現(xiàn)方式上。關(guān)于協(xié)議實(shí)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(dòng)。隨著研究的深入，我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)無法有效承載認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的功能。認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域研究涉及的認(rèn)知信息十分廣泛，包括節(jié)點(diǎn)的資源信息、節(jié)點(diǎn)能夠提供的業(yè)務(wù)質(zhì)量信息、策略信息、運(yùn)營商偏好信息、用戶偏好信息、節(jié)點(diǎn)測量的通信環(huán)境信息等。需要指出的是，認(rèn)知信息的范疇在后續(xù)的研究中還會(huì)不斷擴(kuò)充，所以需要有一個(gè)專門的途徑來將這些信息進(jìn)行高效的組織，并且留有充分的擴(kuò)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(rèn)知信息是顯然不合理的?，F(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(qiáng)度信息等。但這部分測量信息和認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)所要傳遞的認(rèn)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(rèn)知信息，需要對控制平面做大量的改動(dòng)，這對于已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化成熟的網(wǎng)絡(luò)來說，是十分有難度的；并且考慮到網(wǎng)絡(luò)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(dòng)也是不明智的?！　∥磥淼臒o線通信網(wǎng)絡(luò)將有多種無線通信技術(shù)共存，為了達(dá)到網(wǎng)絡(luò)資源的高效利用，網(wǎng)絡(luò)間的協(xié)作與融合不可避免。認(rèn)知平面在未來的多網(wǎng)共存的網(wǎng)絡(luò)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(luò)間的無線資源管理及頻譜管理涉及大量的認(rèn)知信息，認(rèn)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(rèn)知平面用于承載網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)知信息，這些信息為網(wǎng)絡(luò)的特定節(jié)點(diǎn)所用，完成具體的行為決策，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化使用的目的。

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