认知无线电体系结构.doc

认知无线电网络架构与协议体系 Architectures and Protocols of Cognitive Radio Networks 2007-06-28 ??????作者:朱江,李少谦 摘要:认知无线电网络具有动态、灵活、智能地使用频谱资源，提高频谱利用率的特点，其网络结构和协议体系的设计是实现上述网络功能的关键。现有基于认知无线电技术的网络架构主要有美国的CORVUS系统，基于IEEE 802.22的无线局域网(WRAN)和支持多信道多接口的无线Mesh网络；协议体系有CORVUS协议体系，军用的XG系统协议及WRAN协议等。关键字:认知无线电；网络架构；网络协议 英文摘要:Cognitive radio networks have the abilities of utilizing spectrum dynamically, agilely and intelligently, and improving the efficiency of spectrum usage. Consequently, both the protocol and architectural designs for cognitive radio networks is very crucial. The network architectures in existing systems included contents are CORVUS system introduced in America, Wireless Regional Area Network (WRAN) based on IEEE 802.22 as well as the wireless Mesh network supporting multi-channel and multi-interface; related network protocols are of CORVUS system, the XG system for military applications, and WRAN.英文关键字:cognitive radio; network architecture; network protocol ? 基金项目：国家“863”计划 (2005AA123910) ????? 随着无线应用的范围不断扩展，频谱资源的稀缺成为无线应用研究领域无法回避的重要问题。现有无线通信系统分配频谱大多是基于固定分配方式，这种分配方式的频谱利用率极低，不符合日益发展的无线通信的需要。Joseph Mitola博士[1]提出的认知无线电技术从频谱再利用的思想出发，能够对频谱资源达到有效利用并保持可靠通信能力。 ????? 认知无线电是一个智能无线通信系统[2]，它能够感知外界环境，并使用人工智能技术从环境中学习，通过实时改变某些操作参数(比如传输功率、载波频率和调制技术等)，使其内部状态适应接收到的无线信号的统计性变化，从而实现任何时间、任何地点的高可靠通信以及对频谱资源的有效利用。 1 网络架构????? 采用认知无线电技术的认知无线电网络，由于其独特的频谱复用性和巨大的覆盖范围，呈现出一些不同于以往传统网络的特点： 在多系统共存条件下，分配无线资源。用户间的链接需要进行有效的控制和管理，同时满足延迟和带宽要求，实现数据传输调度。在数据传输调度时需要考虑以下几个因素：与交叠的认知无线电小区的共存、业务流对应的调度业务、业务流的服务质量(QoS)参数值、数据传输的可靠性和所分配的带宽容量。 系统应该具有多信道支持能力。中心控制器在需要情况下应该能够将多个邻近频道进行聚合处理以改善系统性能，支持更多的用户使用并占据更广的覆盖面。它可以在一些控制帧中指示用户终端哪些信道可以聚合成组以供使用，而用户则可以相应地采用多信道模式工作。中心控制器要具有能够处理跨越多个子信道的上下行传输能力，并且随着信道数量变化及时调整调度工作。信道分组使用同时也提高了带宽利用率。主用户检测程序和分布式感知能力为多信道操作的可行性提供了保证。 系统面临共存问题。共存问题包括两个层次：一是对主用户系统的干扰问题；二是对于重叠区、部分重叠区内认知网络实体的共存问题。为避免对主用户的干扰，分布式频谱感知、测量、检测算法以及频谱管理等认知无线电技术所特有的功能都必须加以考虑。现实中，作为覆盖范围巨大的多个认知无线电小区之间很有可能会发生部分重叠，最坏情况下甚至完全重叠。由此引发的自干扰问题如果不能得到解决，将会严重影响认知无线电网络工作。 ????? 基于以上的特点，学术界和工业界已经提出了一些适用于认知无线电网络的网络体系架构，其中具有代表性的有如下3个。 1