基于認(rèn)知無線電技術(shù)的動態(tài)頻譜分配方案研究

【文章摘要】

本文在分析認(rèn)知無線電技術(shù)及其相關(guān)問題的基礎(chǔ)上，提出一種基于認(rèn)知無線電技術(shù)的動態(tài)頻譜分配方案，并通過仿真實(shí)驗(yàn)對于該方案的可行性進(jìn)行分析驗(yàn)證，以促進(jìn)無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)的進(jìn)一步發(fā)展與推廣應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】

認(rèn)知無線電技術(shù)；動態(tài)頻譜；分配；無線傳輸

認(rèn)知無線電技術(shù)是無線網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)不斷發(fā)展以及推廣應(yīng)用基礎(chǔ)上，為滿足無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息傳輸客戶更高的網(wǎng)絡(luò)信息傳遞與通訊需求而應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的一種技術(shù)手段，它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)信息傳輸過程中用戶終端所處環(huán)境頻譜資源以及空閑信息的自適應(yīng)感知，同時(shí)也能夠通過動態(tài)頻譜分配技術(shù)有效的解決數(shù)據(jù)信息傳輸與資源分享過程中的傳輸擁堵、資源稀缺等問題，能夠?yàn)橐苿訜o線客戶提供高效穩(wěn)定以及安全可靠的無線傳輸與網(wǎng)絡(luò)分享服務(wù)。近年來，隨著無線電技術(shù)的發(fā)展以及在實(shí)際中的推廣應(yīng)用，人們在實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)自由接入的情況下，對于無線電技術(shù)以及無線網(wǎng)絡(luò)資源的需求也越來越高，這樣一來就造成無線網(wǎng)絡(luò)所傳輸分享的資源日益緊缺，使當(dāng)前的無線網(wǎng)絡(luò)資源分配模式受到較大的考驗(yàn)，針對這種情況，采用認(rèn)知無線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)資源的實(shí)時(shí)有效以及合理分配，保證無線網(wǎng)絡(luò)客戶信息傳輸與資源分享的安全性、高速性、有效性已經(jīng)逐漸成為無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域中研究和關(guān)注的重點(diǎn)。下文將通過對于認(rèn)知無線電技術(shù)及其相關(guān)問題的分析概述，借助認(rèn)知無線電技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)信息傳輸應(yīng)用中資源信息分配優(yōu)勢，提出一種基于認(rèn)知無線電技術(shù)的動態(tài)頻譜分配方案，并通過仿真實(shí)驗(yàn)對該方案的可行性進(jìn)行驗(yàn)證論述，以促進(jìn)無線電技術(shù)及其在網(wǎng)絡(luò)信息傳輸中的推廣應(yīng)用。

1 認(rèn)知無線電技術(shù)及其相關(guān)問題的分析

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸與信息資源分配技術(shù)條件下，所實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)資源分配與利用的概率最高約為85%，并且隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展以及使用客戶數(shù)量的增多、對于無線網(wǎng)絡(luò)傳輸要求的進(jìn)一步提升，這種網(wǎng)絡(luò)傳輸與資源分配技術(shù)所能夠?qū)崿F(xiàn)的信息資源傳輸分配現(xiàn)狀已經(jīng)越來越不能夠滿足發(fā)展的需求，針對這種情況，結(jié)合認(rèn)知無線電技術(shù)進(jìn)行資源信息傳遞分配的結(jié)構(gòu)原理，在實(shí)現(xiàn)資源信息傳輸分配過程中不僅能夠結(jié)合當(dāng)前所處的環(huán)境對于無線電網(wǎng)絡(luò)傳輸頻譜中的空閑資源與信息進(jìn)行自適應(yīng)感知，同時(shí)還能夠借助動態(tài)頻譜分配技術(shù)實(shí)現(xiàn)空閑資源的合理分配，從而解決無線電傳輸資源緊缺與通訊通道擁堵等情況，對于保證無線電客戶信息傳遞的高效性以及安全性有著重要的積極作用和意義。

在認(rèn)知無線電技術(shù)支持下的無線網(wǎng)絡(luò)空閑資源動態(tài)合理分配的實(shí)現(xiàn)，主要是由于借助認(rèn)知無線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)通訊連接中，相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)連接節(jié)點(diǎn)能夠進(jìn)行環(huán)境感知以及通訊傳輸參數(shù)資源的重新配置，這是之前所應(yīng)用的無線電技術(shù)所不具備的作用功能。尤其是隨著無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下頻譜資源緊缺現(xiàn)象的日益嚴(yán)重以及頻譜資源利用率比較低等相關(guān)問題的日益突出，利用認(rèn)知無線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)頻譜資源的有效利用與合理分配已經(jīng)越來越受關(guān)注和重視。需要注意的是，在現(xiàn)有的研究成果中對于基于認(rèn)知無線電技術(shù)的動態(tài)頻譜分配方案的相關(guān)研究仍存在有一定的問題，像在進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的空閑頻譜資源以及信息的屬性特征的描述、滿足無線網(wǎng)絡(luò)傳輸媒介與信息資源本身的多樣性特征下的動態(tài)頻譜分配需求、實(shí)現(xiàn)空閑頻譜資源利用率和網(wǎng)絡(luò)傳輸頻譜的靈活切換之間的聯(lián)合優(yōu)化等，都是基于認(rèn)知無線電技術(shù)的動態(tài)頻譜分配方案研究中所存在的突出問題，也是當(dāng)前關(guān)注和需要進(jìn)行研究解決的重要問題。

2 基于認(rèn)知無線電技術(shù)的動態(tài)頻譜分配方案

對于基于認(rèn)知無線電技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)信息通訊傳輸特征的分析，根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)膰?yán)峻形勢以及人們對于網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)母�高要求，在分析現(xiàn)有的認(rèn)知無線電技術(shù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下數(shù)據(jù)信息通信傳輸問題的情況下，本文所提出的認(rèn)知無線電技術(shù)的動態(tài)頻譜分配方案主要是由認(rèn)知用戶終端與網(wǎng)絡(luò)通訊傳輸端口共同進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳遞的參與決策，并在參與決策過程中實(shí)現(xiàn)動態(tài)頻譜的優(yōu)化配置的分配解決方案。該方案在實(shí)際分配與解決中主要包括認(rèn)知用戶終端以及網(wǎng)絡(luò)終端兩個(gè)重要端口與核心計(jì)算配置區(qū)域，其中，認(rèn)知用戶終端在實(shí)現(xiàn)動態(tài)頻譜的計(jì)算分配中，主要是結(jié)合當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下無線網(wǎng)絡(luò)的接入需求以及網(wǎng)絡(luò)信息傳輸需求，通過多屬性解決方案進(jìn)行空閑頻譜資源的計(jì)算分配，同時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)終端通過聯(lián)合匹配優(yōu)化計(jì)算方法對于網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境下的空閑頻譜資源進(jìn)行計(jì)算和合理配置應(yīng)用，以滿足網(wǎng)絡(luò)通訊傳輸需求，解決網(wǎng)絡(luò)傳輸中的頻譜資源緊缺和資源利用率較低的問題。如下圖1 所示，即為本文所提出的基于認(rèn)知無線電技術(shù)的動態(tài)頻譜分配方案的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 基于認(rèn)知無線電技術(shù)的動態(tài)頻譜分配方案的結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)上圖所示的基于認(rèn)知無線電技術(shù)的動態(tài)頻譜分配方案，在實(shí)際應(yīng)用中該方案主要包括留個(gè)結(jié)構(gòu)功能，即頻譜分配與決策功能、性能評估功能和頻譜排序選擇功能、通訊功能、終端感知功能等。其中，頻譜分配與決策功能主要是在收集認(rèn)知用戶空閑頻譜資源檢測和應(yīng)用需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境中的資源通信傳輸情況，進(jìn)行新的分配決策的制定，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)空間資源的合理、有效分配；性能評估功能主要是通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的頻譜分配決策歷史信息的記錄，再加上對于認(rèn)知用戶終端反饋信息的收集，實(shí)現(xiàn)頻譜分配決策的制定；該分配方案中的頻譜排序選擇功能主要是結(jié)合網(wǎng)絡(luò)服務(wù)應(yīng)用的質(zhì)量需求，再加上對用戶的空間資源喜好程度的分析，以實(shí)現(xiàn)空間資源的分配，保證用戶的空間資源服務(wù)質(zhì)量。此外，終端功能是對于認(rèn)知用戶的無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)以及空間資源需求的感知，是實(shí)現(xiàn)動態(tài)頻譜分配的重要依據(jù)和參考。其中，在上述動態(tài)頻譜分配方案中，頻譜分配中的排序選擇功能結(jié)構(gòu)模塊在實(shí)現(xiàn)動態(tài)頻譜的排序選擇中，主要是通過相關(guān)計(jì)算實(shí)現(xiàn)動態(tài)頻譜與空間資源的選擇分配，一般情況下，進(jìn)行動態(tài)頻譜選擇排序所使用的計(jì)算方法為多屬性決策方法。比如，在一個(gè)認(rèn)知用戶為i 的無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，如果假設(shè)能夠進(jìn)行使用的頻譜資源中的空閑頻譜資源數(shù)為m，其空閑頻譜資源的屬性指標(biāo)特征為k 個(gè)，并在假設(shè)空閑頻譜資源屬性特征權(quán)重向量為W 的情況下，就可以進(jìn)行空閑頻譜資源選擇問題的正理想解和負(fù)理想解，分別用下列計(jì)算公式（1）和計(jì)算公式（2）進(jìn)行表示。

（1）

（2）

根據(jù)公式，在計(jì)算出公式中的距離值的情況下對于各個(gè)空閑頻譜資源以及分配理想方案的相對貼近度進(jìn)行計(jì)算，以實(shí)現(xiàn)動態(tài)頻譜的合理有效分配。

3 結(jié)束語