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基于SRNN算法的航天测控网频谱调度方法的研究

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基于SRNN算法的航天测控网频谱调度方法的研究

作者：肖莹北京邮电大学

学位级别：硕士

众所周知,自然界中的频谱资源是有限的,随着航天事业的飞速发展,频谱资源越来越紧张。在卫星对地的传输过程中,卫星的信号能被地面上的若干个地面站和接收船所接收,这些接收设备的环境各不相同,而设备接收信号的顺序会影响该频段的资源... 详细信息

众所周知,自然界中的频谱资源是有限的,随着航天事业的飞速发展,频谱资源越来越紧张。在卫星对地的传输过程中,卫星的信号能被地面上的若干个地面站和接收船所接收,这些接收设备的环境各不相同,而设备接收信号的顺序会影响该频段的资源利用率,因此如何合理且高效地进行频谱资源的调度是航天测控领域中重要的问题。本文在航天测控系统单信道和多信道的场景下,对无线资源的管理与调度进行了研究。本文提出一种基于切片循环神经网络的频谱识别策略。首先模拟常见的航天通信模型Loo模型与Corazza模型的信道传输过程并采集相关数据,使用One-Hot进行编码,将编码后的数据输入到切片循环神经网络学习其数据特征,识别出每个波段信号的主要性能参数,对RNN、SRNN（4,2）、SRNN（4,3）进行对比仿真,实验表明 SRNN（4,3）处理数据的速度最快。本文提出一种切片循环神经网络-混沌分布的Random-Key离散差分人工蜂群的频谱调度算法。首先使用频谱识别技术提取出S波段的信号,使用混沌分布产生地面站或者接收船的位置,每次迭代时差分进化算法与人工蜂群并行工作获取局部最优解,利用差分进化算法设计可调节的选择算子计算蜜源被选中的概率,使用Random-Key离散法调整差分进化算法以及蜂群算法的邻域位置。该频谱调度算法对提出的调度模型进行求解,最终解决了航天测控系统单信道与多信道下的最优调度问题。仿真结果表明,在单信道与多信道场景下,该算法有助于提高Jain公平性指数和吞吐率。本文提出的频谱调度算法能够实现在多种环境因素的影响下单信道与多信道的最佳调度方案,对今后研究航天测控网下行频段的频谱资源管理和调度提供了一个良好的思路。

关键词：切片循环神经网络人工蜂群算法频谱识别频谱调度

干扰对齐中自适应频谱共享与频谱调度算法研究

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干扰对齐中自适应频谱共享与频谱调度算法研究

作者：李记大连理工大学

学位级别：硕士

认知无线电(CR)是一种能够自主感知通信环境的变化,并通过与通信环境交互信息,自适应地调整认知设备传输参数,从而适应通信环境变化的智能无线电通信技术。CR通过主次用户动态共享授权频谱,有效解决频谱资源稀缺与授权频谱利用率低之间... 详细信息

认知无线电(CR)是一种能够自主感知通信环境的变化,并通过与通信环境交互信息,自适应地调整认知设备传输参数,从而适应通信环境变化的智能无线电通信技术。CR通过主次用户动态共享授权频谱,有效解决频谱资源稀缺与授权频谱利用率低之间的矛盾。但次用户将对主用户不可避免地造成干扰,所以,干扰对齐被应用于频谱共享中来消除干扰。干扰对齐(IA)通过干扰重叠,在接收端将干扰信号与期望信号分离来消除干扰。但在某些信道状态下仍存在期望信号的信干噪比(SINR)下降等问题,影响主用户服务质量。因此,本论文对CR系统中频谱共享和IA技术展开了深入研究,主要完成如下工作。 (1)建立了基于IA的频谱共享模型,对分布式IA算法的性能进行了仿真分析验证。在基于IA的CR网络频谱共享模型中,主次用户动态共享授权频谱,为保证主用户的服务质量和优先权,主次用户组成IA网络进行通信。在动态频谱共享过程中,次用户接入所造成的多用户间干扰,通过分布式干扰对齐算法进行消除。 (2)针对认知无线电网络中保证主用户优先权的问题和应用IA后在某些信道状态下SINR严重下降问题,提出了一种基于干扰对齐的自适应频谱共享方案;依据基于IA的频谱共享模型中主用户的数量,提出了两种频谱共享算法：①在单主用户情况下,提出了基于MinIL算法的自适应频谱共享算法,②在多主用户情况下,给出了基于Max-SINR算法的自适应频谱共享算法,对这两种算法的性能进行了仿真分析比较。 (3)针对在认知无线电网络中应用IA后,在某些信道状态下SINR严重下降的问题,给出了基于频谱调度的干扰对齐认知无线电网络中功率分配方法,该方法采用CR网络的总能量效率或频谱效率,来衡量网络整体性能,通过在各用户间进行功率分配,优化整个网络的总频谱效率或提高网络整体的能量效率,此外,提出了主次用户同等优化和折衷优化两种基于频谱调度的干扰对齐认知无线电网络中功率分配算法。本文还对两种算法的性能进行了仿真分析,并且认真分析了两种算法的计算复杂度。

关键词：认知无线电干扰对齐频谱调度频谱共享

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认知无线车载自组织网络中的联合路由调度

计算机研究与发展 2017年第11期54卷 2445-2455页

作者：张沪寅王菁唐星武汉大学计算机学院武汉430072 武汉理工大学计算机科学与技术学院武汉430070

通过将认知无线电(cognitive radio,CR)技术应用到车载自组织网络(vehicular ad hoc networks,VANETs)(也称车联网)中,认知无线车载自组织网络(CR-VANETs)可以缓解频谱资源稀缺问题,有效提高车对车通信的频谱资源利用率.由于车辆的高速... 详细信息

通过将认知无线电(cognitive radio,CR)技术应用到车载自组织网络(vehicular ad hoc networks,VANETs)(也称车联网)中,认知无线车载自组织网络(CR-VANETs)可以缓解频谱资源稀缺问题,有效提高车对车通信的频谱资源利用率.由于车辆的高速移动性以及认知无线电频谱资源的动态特性,使得传统的认知无线电网络或车载自组织网络中的路由协议无法直接应用到CR-VANETs中.目前,针对CR-VANETs的路由研究相对较少,如何最大效率地利用有限的频谱资源,同时降低跳数过多带来的频谱资源浪费,仍然是一个有待解决的问题.为此,提出了一种CR-VANETs中联合路由调度方案,结合了有限频谱资源调度研究与最小化路由跳数的优化目标.首先,建立了CR-VANETs中的网络模型和基于车对车通信的频谱感知模型,预测车辆间有效接触时间和频谱可用概率.其次,通过这些参数定义出通信链路消耗,并由此得出权衡链路质量的权重因子.通过分析优化目标,将其转化为有限频谱资源约束下的最小化路由跳数问题,并证明该问题为NP难问题.然后,针对这个联合路由调度问题提出一种混合启发式算法,结合了粒子群优化算法的快速收敛性和遗传算法的种群多样性,对有限频谱资源进行调度,同时优化路由跳数.最后仿真实验结果表明,与现有的CR-VANETs路由研究比较,有着更优的路由跳数并使其保持在一个相对稳定的值.

关键词：认知无线电车载自组织网络频谱调度路由跳数混合启发式算法

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认知无线电中频谱感知与干扰对齐技术的研究

认知无线电中频谱感知与干扰对齐技术的研究

作者：曲天一大连理工大学

学位级别：硕士

认知无线电(CR)是一种能够智能感知周围环境,并动态地做出系统参数调整,从而适应环境变化的通信技术。随着无线通信的发展,频谱资源变得日益匮乏,而利用CR技术可以很好地解决这个问题。但是,CR频谱共享中次用户(SU)对主用户(PU)造成了... 详细信息

认知无线电(CR)是一种能够智能感知周围环境,并动态地做出系统参数调整,从而适应环境变化的通信技术。随着无线通信的发展,频谱资源变得日益匮乏,而利用CR技术可以很好地解决这个问题。但是,CR频谱共享中次用户(SU)对主用户(PU)造成了严重的干扰,干扰对齐(IA)可以解决这一问题。IA能够通过发射端联合处理,将干扰重叠投影到接收端一半的子空间中,另一半无扰子空间用于数据传输,但是其中仍存在着某些信道状态下接收信号的信干噪比(SINR)较低的问题。因此,本论文针对CR网络中的频谱感知和频谱共享中的干扰管理问题展开研究。具体完成如下工作： (1)分别对频谱感知中基于能量检测的协作频谱感知算法和基于熵的频谱感知算法进行了基于现场可编程门阵列(FPGA)的设计。在基于熵的感知算法设计中,应用了一种新型基于频谱功率密度熵的检测器,而非传统基于频谱幅度熵的检测器,降低了FPGA设计的复杂度,节省了硬件资源。由FPGA设计和Matlab仿真而得到的比较结果可知：所设计的两种算法具有较好的检测性能。 (2)将IA应用到填充式频谱共享中来消除网络的干扰,建立了PU和SU的通信时间准则,给出了一种基于吞吐量之比的时间分配机制。在此基础上,提出了基于博弈论的时间资源拍卖机制,并对所提出的机制进行了仿真验证。结果表明：系统资源得到了有效利用,整个网络的通信得到了平衡。 (3)针对IA在某些信道状态下SINR严重下降的问题,给出了用户分组在固定和随机情况下基于频谱调度的IA优化方法。在此基础上,提出了基于频谱调度的IA下垫式频谱共享算法,定义了下垫式频谱共享系统的目标函数,分析了所提出算法的性能和计算复杂度,并进行了仿真验证。结果表明：基于频谱调度的IA下垫式频谱共享算法能够在CR网络的频谱共享中得到有效应用,并可以有效提升PU和SU的性能或PU的性能。

关键词：认知无线电干扰对齐频谱感知频谱共享频谱调度

感知无线电中考虑公平性的频谱共享技术的研究

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感知无线电中考虑公平性的频谱共享技术的研究

作者：陈晓娜北京邮电大学

学位级别：硕士

随着无线通信技术的发展,频谱资源变得越来越拥挤,然而已分配授权频谱资源的利用率低下,通过动态频谱接入,感知无线电可以解决频谱资源不足和频率利用率低下的矛盾。频谱共享技术是感知无线电非常重要的一个研究方向,很多的频谱共享方... 详细信息

随着无线通信技术的发展,频谱资源变得越来越拥挤,然而已分配授权频谱资源的利用率低下,通过动态频谱接入,感知无线电可以解决频谱资源不足和频率利用率低下的矛盾。频谱共享技术是感知无线电非常重要的一个研究方向,很多的频谱共享方法只简单地提高网络的吞吐量,而不考虑频谱分配的公平性,研究表明这些共享方法使得感知无线电系统中很多用户的传输需求都得不到满足,严重导致了频谱分配的不公平,所以对公平性的频谱共享技术的研究很重要。为了实现公平的频谱共享,本论文研究了感知无线电网络中联合频谱分配和调度的问题。提出了两种频谱分配算法：一种是基于协议干扰模型的频谱分配算法,另一种是基于物理干扰模型的频谱分配算法,这两种算法中都考虑到了频谱分配的公平性。调度算法是对由频谱分配算法得到的一系列传输模式进行调度,从而实现频谱共享,本论文研究探讨了三种频谱调度算法：最大吞吐量频谱分配和调度算法、基于最大-最小公平性的最大吞吐量频谱分配和调度算法和比例公平性频谱分配和调度算法。本文联合提出的两种频谱分配算法和三种频谱调度算法,通过仿真分析比较了网络吞吐量和共享公平性。研究表明：在所有的仿真场景中,最大吞吐量频谱分配和调度算法可以得到最大的吞吐量,但是却导致了用户速率分配的严重不公平性,有些用户的传输需求满足度(分配给用户的传输速率与它的传输需求速率的比值)为0,而其它的用户却得到了很高的传输需求满足度。与最大吞吐量频谱分配和调度算法相比,基于最大-最小公平性的最大吞吐量频谱分配和调度算法和比例公平性频谱分配和调度算法的吞吐量稍低(平均吞吐量大约可达到最大吞吐量算法吞吐量的96%),但是,感知用户的传输需求满足度却得到了很大的提高,即有很好的公平性。比例公平性频谱分配和调度算法在吞吐量和公平性之间能够达到一个很好的折中。

关键词：感知无线电网络频谱共享频谱分配频谱调度公平性

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感知无线电中频谱共享技术的研究

现代电信科技 2011年第1期41卷 77-81页

作者：陈晓娜北京邮电大学信息与通信工程学院

文章研究了感知无线电网络中联合频谱分配和调度的问题,给出了基于物理干扰模型的频谱分配算法。调度算法是对由频谱分配算法得到的一系列传输模式进行调度,从而实现频谱共享。本文基于提出的频谱分配算法通过仿真比较了三种调度算法,... 详细信息

文章研究了感知无线电网络中联合频谱分配和调度的问题,给出了基于物理干扰模型的频谱分配算法。调度算法是对由频谱分配算法得到的一系列传输模式进行调度,从而实现频谱共享。本文基于提出的频谱分配算法通过仿真比较了三种调度算法,结果表明考虑了公平性的调度算法的网络吞吐量有稍微的降低(可达到最大吞吐量的96%),但感知用户的整体需求满足度却得到了很大的提高,即达到了很好的公平性。

关键词：频谱共享频谱分配频谱调度公平性

认知智能电网分布式网络架构及其关键问题研究

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认知智能电网分布式网络架构及其关键问题研究

作者：李艳秋电子科技大学

学位级别：硕士

智能电网的出现使得信息和电力出现了双向流动,数据从下至上传递到控制中心,然后控制中心将信息从上往下层层下达,整个通信系统是高度集成的,在这种高度集中的网络中,每一层中的各单元之间没有交互,使得有些可以在低层解决的问题,也要... 详细信息

智能电网的出现使得信息和电力出现了双向流动,数据从下至上传递到控制中心,然后控制中心将信息从上往下层层下达,整个通信系统是高度集成的,在这种高度集中的网络中,每一层中的各单元之间没有交互,使得有些可以在低层解决的问题,也要上传到控制中心。本文主要围绕智能电网的网络架构进行了研究,分析了智能电网集中式网络架构的特点,针对其通信方式和购电方式高度集中的不足点,设计了可以进行分布式通信以及分布式电力交互的智能电网分布式网络架构,并验证了本文设计的分布式网络架构的合理性和有效性。本文在现有集中式网络架构下,设计了加入分布式网络的混合架构。在本文所设计的分布式网络架构中,各层节点间可以进行分布式的通信,除了通信方式的分布式外,各节点间还可以进行电力的分布式交互,通过直接或者间接的方式进行电力传输。本文设计了三种场景下的分布式网络架构:1)邻域网内的分布式网络架构,各数据聚合单元之间能够通过认知无线电技术传达电力信息,进行电力资源的购买。2)加入了分布式电源的网络架构,各分布式发电站作为独立的售电方,与各数据聚合单元通过用电信息的交互,对其进行售电。3)小区内的分布式网络架构,各用户通过自家的分布式发电装置进行发电,在满足自身的用电需求后,可以在彼此之间进行电力买卖。分布式网络架构使得整个系统在通信和电力购买上得到了更大的灵活度。本文针对分布式网络架构下的频谱调度以及电力调度两个关键问题,进行了分析并提出了相应的算法设计。本文采用了时域和空域相结合的混合频谱分配策略,提出了基于距离阈值的频谱调度算法,根据认知用户在网络中的位置以及其通信距离,采取不同的频谱分配方式,来提高其传输速率,并通过仿真验证了此算法能够提高系统的传输速率和通信成功率。本文以最大化分布式发电站的售电收益为目标,提出了基于拍卖的电力调度算法,分布式发电站将自己的电能以拍卖的方式出售给用户,每次选取售电收益最大的用户进行售电,并通过仿真验证了此算法能够获得更高的售电收益。本文通过仿真对比了分布式网络架构和全集中式的网络架构的系统性能。以用户的用电支出为标准,验证了分布式网络架构能减少用户的用电支出,同时保障用户的用电需求得到及时的响应。

关键词：分布式网络架构频谱调度电力调度