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基于认知无线电MAC协议算法研究

作　者: 李晶
导　师: 刘洺辛
学　校: 燕山大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 认知无线电 IEEE802.11协议 IEEE802.16m协议 随机频谱接入机制 三维马尔可夫链建模
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着移动通信技术的发展，频谱资源的匮乏问题日益凸显。认知无线电技术的研究是当前无线电领域的热门研究课题。认知无线电技术能够动态地利用空闲频谱资源，在工程和学术领域都受到了广泛关注，目前国内外学者对认知无线电MAC协议进行了一系列研究并取得了一定成绩。本文主要研究认知无线电MAC协议，并将认知无线电技术应用在IEEE802.11和IEEE802.16m两个网络协议中。首先，本文针对IEEE802.11网络提出一种单信道随机频谱接入OSACC(Opportunistic Spectrum Access with a Control Channel)机制。该机制规定非授权用户(SU, Secondary Users)可以使用当前时隙的所有剩余空闲信道，并使用三维离散时间马尔可夫链对提出的随机频谱接入协议进行建模，得到稳态分布，通过仿真得到非授权用户的吞吐量和接收时延随其数目而变化的关系图。其次，将单信道随机频谱接入机制推广到多信道的情况。建模后得到稳态分布，吞吐量和接收时延，通过仿真可以得到在满足吞吐量和接收延迟QoS条件下非授权用户的最大值等系统性能指标，仿真结果显示与双收发器OSA协议的吞吐量相比，本文提出的OSACC协议的吞吐量更高。最后，针对IEEE802.16m网络提出了一种分布式多信道接入控制机制，并使用三维离散时间马尔可夫链对该机制进行建模，通过使用设限马尔可夫链的方法得到其稳态概率，进而获得非授权用户的总吞吐量和丢包率。通过仿真分析，得出丢包率和吞吐量的变化与初始竞争窗，最大退避阶段等系统参数之间的关系。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-14
  1.1 课题研究背景与意义  10
  1.2 国内外研究现状分析  10-12
    1.2.1 认知无线电关键技术研究  11
    1.2.2 认知无线电网络 MAC 协议研究  11-12
  1.3 本文主要研究内容  12
  1.4 论文组织结构  12-14
第2章 MAC 协议介绍  14-27
  2.1 无线 MAC 协议介绍  14
  2.2 数据链路层与 MAC 层  14-16
  2.3 IEEE802.11 协议  16-18
    2.3.1 分布式协调机制(DCF)  17
    2.3.2 CSMA/CA  17-18
  2.4 DCF 的两种访问模式  18-20
    2.4.1 基本访问机制介绍  18-19
    2.4.2 RTS/CTS 访问机制  19-20
  2.5 IEEE802.16 协议概述  20-24
    2.5.1 WiMAX 简介  20-21
    2.5.2 IEEE802.16 的协议结构与 QoS 性能  21-22
    2.5.3 IEEE802.16m 协议介绍  22-23
    2.5.4 TDD 模式下的 IEEE802.16m 系统  23-24
  2.6 认知无线电主要特征  24-25
  2.7 认知无线电网络 MAC 协议设计要求  25
  2.8 本章小结  25-27
第3章 认知无线电单信道随机频谱接入协议分析  27-47
  3.1 MAC 协议的性能指标  27-28
  3.2 二进制指数退避算法  28-29
  3.3 马尔可夫链模型分析  29-33
    3.3.1 马尔可夫链模型描述  30-31
    3.3.2 Bianchi 模型介绍  31-33
    3.3.3 模型改进方向  33
  3.4 单信道认知无线电网络中的随机频谱接入协议  33-35
  3.5 单信道认知无线电网络中改进的 MAC 协议分析  35-44
    3.5.1 三维马尔可夫链建模  36-41
    3.5.2 吞吐量分析  41-43
    3.5.3 接入延迟分析  43-44
  3.6 仿真实验与分析  44-45
    3.6.1 仿真软件介绍  44
    3.6.2 构建仿真环境  44-45
    3.6.3 单信道 OSACC 协议仿真比较  45
  3.7 本章小结  45-47
第4章 认知无线电多信道随机频谱接入协议分析  47-57
  4.1 随机频谱接入协议研究现状  47
  4.2 多信道认知无线电网络下的 OSACC 协议  47-50
    4.2.1 多信道认知无线网络下的 OSACC 协议吞吐量  48-49
    4.2.2 多信道认知无线网络下的 OSACC 协议接入延迟  49
    4.2.3 多信道 OSACC 协议仿真比较  49-50
  4.4 OSACC 协议与双收发器 OSA 协议的吞吐量比较  50-51
  4.5 QoS 约束下的最大非授权用户数  51-56
  4.6 本章小结  56-57
第5章 IEEE802.16m 网认知无线电多信道 MAC 分析  57-69
  5.1 基于竞争的分布式多信道 MAC 协议的提出  57-58
  5.2 用于非授权用户的 MAC 协议  58-59
  5.3 标记非授权用户在 MAC 协议中的马尔可夫链模型  59-63
  5.4 性能评价  63-64
  5.5 数值结果  64-68
  5.6 本章小结  68-69
结论  69-70
参考文献  70-75
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  75-76
致谢  76-77
作者简介  77

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 无线电中继通信、微波通信
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