网络专题选讲

1、 认知无线电网络刘威副教授liuwei2014年12月认知无线电网络l 1 认知无线电概述l 2 认知无线电网络概述l 3 认知无线电网络的l 4 认知无线电网络的发展趋势-2-网络专题选讲1 认知无线电概述l 无线电频谱是日益紧缺的自然l 目前无线电频谱定分配利用率很低的管理，一般是由各国管理机构固l幅度（）频率（赫兹）l 上面的美国FCC (Federal Communication Commission)频谱分配图显示其频谱已经濒临枯竭，频谱的使用率随着时间和地域的不同波动很大(从15到85)l 美国3GHz以下无线电频段中仅有5.2%是随时随地被用户充分使用的网络专题选讲-3-dBm认

2、知无线电技术的l 瑞典J. Mitola博士于1999年在软件定义无线电(Software Defined Radio)的基础上提出的l 其基本思想是无线电通信节点应具有感知、自适应和推理学习的能力，即可以感知周围无线电环境、学习寻找合适空闲频段、自适应调节发射参数并信号-4-网络专题选讲认知无线电技术l 为了提升频谱的利用率，各种动态频谱共享的技术应运而生（Dynamic Spectrum Access）l 认知无线电（Cognitive Radio，CR）技术的发展最引人注目。l 认知无线电技术l 认知无线电技术是一种智能的频谱共享技术，能够使无线电通信节点具有感知并切换使用空闲频段的能力

3、-5-网络专题选讲-6-网络专题选讲J. Mitola 1999：认知过程l 频谱感知l 认知无线电能够监测频谱，检测频谱空穴l 频谱分析l 评估频谱空穴的特征是否可作为待切换的空闲频段l 频谱决策l 根据空闲频段特征和传输需求，确定传输速率、模式和带宽等参数。-7-网络专题选讲-8-网络专题选讲认知无线电技术的发展l 认知无线电的相关理论还处于发展和变化之中l 1. 认知无线电的定义在演化之中l 从软件定义无线电到认知无线电l 公认定义：认知无线电是一种智能无线通信系统，它能感知周围的环境，并从中学习，实时地调整的内部状态，修改的传输参数（如传输功率、载波频率和调制策略等）以适应不断变化的无

4、线电频率，从而随时随地保持高可靠性的通信和高效的频谱利用率（JSAC 2005-9-网络专题选讲l 认知无线电的相关理论还处于发展和变化之中l 2. 对于认知无线电在通信网络中所处层次的认识在发展之中l 从物理层到MAC层，再到网络层，再到l 是物理层的一部分（无线电知识描述语言 RKRL）l 对物理层和MAC进行建模（分布式遗传算法认知模型）l 利用图论对网络层进行建模l -10-网络专题选讲例子：KU Aile RadioKUARCompact & portable agile radiolConsisdderylFlexible hardwarel Current KUAR su

5、pports 5 GHz band operationsll Future im lementation to suort 2.4 GHz bandl 30 MHz independent Tx/Rx complex basebandl Waveform: A/D 14-bit 80 Msps and D/A 16-bit 160 Mspsl PowerPC 405 (266 MHz), 32 MB SDRAM / 32 MB Flashl Ethernetl Xilinx Vertex II Pro; 2 PPC cores; 21K logic cells; 300 MHzFlexible

6、 softwarel Linux OS (Kernel 2.4)ll C+ SCA implementation from Virginia Tech (OSSIE) used for software frameworkl KUAR control processor fully participates in wired network with standard network servicesl Capability for dynamic service and spectrum access, and rapid service creation-11-网络专题选讲Cognitiv

7、e Radio Software Architecture-12-网络专题选讲Conitive Radio LearninStructureHoursMilli-SecondsMinutes/Hours-13-网络专题选讲-14-网络专题选讲-15-网络专题选讲-16-网络专题选讲分析前景：Conitive Radio: Desin Sacel Broad range of technology & related policy options for spectruml Need to determine performance (e.g. bps/Hz or bps/sq-m/Hz

8、) of different technologies taking into account economic factors such as static efficiency, dynamic efficiency & innovation premiumUnlicensed band + simple coord protocolsAd-hoc, Multi-hopCollaborationInternet Server-based Spectrum Etiquette“cognitive radio”Protocol Complexity (degree of coordin

9、ation)schemesNeeds protocol supportà unified framework called “CogNet”Radio-level SpectrumUnlicensed Bandwith DCA (e.g. 802.11x)InternetOpen AccessSpectrum Leasing+ smart radiosRRate/Power ControlUWB,Spread SpectrumStatic AssignmentHardware Complexity-17-网络专题选讲EtiquetteProtocolAgileWidebandeact

10、iveRadios认知无线电网络l 1 认知无线电概述l 2 认知无线电网络概述l 3 认知无线电网络的l 4 认知无线电网络的发展趋势-18-网络专题选讲2 认知无线电网络概述l 定义l 采用认知无线电技术的通信节点可以组网，或者与现有无线网络（移动蜂窝网络、无线局域网等）共同组，CRN）Cognitive Radio Networks，-19-网络专题选讲网络架构与协议栈l 现有的无线网络架构受限于现行的频谱政策和通信技术，存在很大的异构性l 由于其全新的频谱共享技术，认知无线电网络的架构和协议栈需要重新设计-20-网络专题选讲-21-网络专题选讲-22-网络专题选讲认知无线电网络架构l

11、几种认知无线电网络的可能架构：l 说明了认知无线电网络及未频段与现有的无线网络和频段之间的关系-23-网络专题选讲认知无线电网络协议栈-24-网络专题选讲认知无线电网络研究现状l FCC于2003年宣布具备认知无线电功能的无线终端可以有条件使用未获的频段（如广播电视频段）。l 美国自然科学基金委员会（NSF）于2004-2005连续两年在未来网络研究计划（NeTs）中资助认知无线电网络的研究，NSF无线移动计划工作组（WMPG）2005年8月的将认知无线电列为下一代无线互联网的重要实现技术之一。-25-网络专题选讲l 美国国防高级研究计划局（DARPA）在下一代通信计划（nXet Genera

12、tion, xG）提出为认知无线电和动态频谱分配开发一种切实可行的标准。l 欧盟的WINNER项目（Wireless World InitiativeNEw Radio）和E2R项目（End-to-EndReconfi urabilit ）均计划对动态频谱接口和网络架构进行深入的研究。l 我国于2005年也在863计划中立项启动认知无线。网络专题选讲-26-认知无线电网络实际系统l 网络节点-27-网络专题选讲认知无线电网络实际系统l 无线电装置-28-网络专题选讲实际认知无线电网络l 认知无线电网络实测-29-网络专题选讲认知无线电网络l 1 认知无线电概述l 2 认知无线电网络概述l 3

13、认知无线电网络的l 3.1 频谱感知l 3.2 频谱管理l 3.3 频谱共享l 3.4 其他l 4 认知无线电网络的发展趋势-30-网络专题选讲认知无线电网络-31-网络专题选讲认知无线电网络功能频谱感知：能够检测到尚未使用的频谱，并在避l免与其它主用户和认知用户产生的情况下共享这段频谱频谱管理：能够捕获最合适的频谱来满足用户通信的要求频谱调节：在传输的过程中，能够在主用户出现ll或出现更合适的频谱的情况下，调整的频谱，并能保证通信不被中断频谱共享：在其它主用户和认知用下，公平的接入和调度频谱l-32-网络专题选讲户共存的情况Lecture 3 认知无线电网络l 1 认知无线电概述l 2 认知无线电网络概述l 3 认知无线电网络的l 3.1 频谱感知l 3.2 频谱管理l 3.3 频谱共享l 3.4 其他l 4 认知无线电网络的发展趋势-33-网络专题选讲Ad hoc CRN-34-网络-35-网络专题选讲-36-网络专题选讲CR routing-37-网络专题选讲-3