无线AP技术规格书

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1.项目简介及使用地点无线AP技术规格书（完整版）资料(可以直接使用，可编辑优秀版资料，欢迎下载）随着网络信息技术的高速发展，无线网络技术已经越来越普遍的用于各企业办公区域，办公无线网络的主要应用是将大家从有线的束缚中解放出来，随时随地都可以连接到网络获取相关资讯，提高工作效率。随着笔记本、平板电脑、智能、WiFi通讯等终端设备对无线网络的需求，办公无线网络将取代有线网络成为企业办公网络的主流。我单位办公楼宇内现有有线网络由于建设时间比较长，线路老化较多，加上现在每个办公室内网络终端设备较多，而且大多都是笔记本，现有有线网络已经无法满足办公需求。且我矿院区没有无线网络覆盖，井下wifi没有办法在地面使用，使wifi的使用范围极大限制。基于以上情况，我单位计划建设矿区无线办公网络。本项目着重于考虑我单位利用无线AP技术对整个办公区域及工业广场的无线信号全覆盖，实现我矿地面wifi无线通讯和楼宇办公室无线网络办公，为我单位网络智能化、办公自动化的建设打下夯实基础。2.货物名称及供货范围序号名称厂家参数单位数量备注1无线控制器推荐A:思科CT55201、标准1U。2、最大可支持不低于500个AP管理，可通过软件方式升级。3、支持≥4个千兆10/1000/1000M以太网口。(详细技术要求，见第5项技术参数)台1本次配置50个AP授权推荐B:华为AC6605推荐C:博科P01-S104-CN002室内无线AP推荐A:思科AP18321、支持瘦AP工作模式，支持802.11ac协议。2、支持IEEE802.11acWave2规范，可在5GHz频段提供867Mbps的数据率。3、双频AP，AP可在2.4GHz和5GHz频段同时工作。(详细技术要求，见第5项技术参数)台37提供100-240VAC外部供电相应适配器推荐B:华为AP6050DN&AP6150DN推荐C:博科901-R500-WW003室外无线AP推荐A:思科AP38021、支持瘦AP工作模式，支持802.11ac协议。2、支持IEEE802.11acWave2规范，可在5GHz频段提供1.3Tbps的数据率。3、双频AP，AP可在2.4GHz和5GHz频段同时工作。(详细技术要求，见第5项技术参数)台5提供100-240VAC外部供电相应适配器推荐B:华为AP6610DN-AGN推荐C:博科T3014楼层交换机（POE供电）推荐A:思科2960XR1、三层交换机，固定式1U架构.2、实配10/100/1000电口≥24，且所有端口均支持POE供电，提供370WPOE供电3、实配4个千兆SFP接口。(详细技术要求，见第5项技术参数)台6每台交换机配备2对光钎模块推荐B:华为S5700-24TP-PWR-SI推荐C:博科ICX6450-24P3.系统建设要求3.1项目建设要求设备接入：支持笔记本电脑，USB无线网卡，智能，WIFI，平板电脑，PDA手持终端等无线WIFI上网和通讯功能。网络服务：稳定地浏览网页，收发电子邮件，VOIP语音，在线视频播放服务，视讯聊天，企业远程OA办公等上网应用。准入认证：支持强大的安全认证接入方式，作为一个开放的无线网络，无线接入支持WPA/WPA2-AES个人/企业应用、802.11x，Radius服务器等多种加密认证方式。支持多SSID功能，可以分配不同的用户组，领导，管理人员，普通员工定制不同的加密认证方式，访问控制权限，而且满足不同终端设备不同的安全等级。与现有的有线网络互为补充，扩展网络使用范围，使本单位内部网络的接入部署更为灵活。3.2项目设计规划机房部分采用原有核心交换机+原有无线wifi交换机（井下无线通讯）+无线控制器+楼层交换机+AP的网络架构；无线控制器部署在网络中心机房，控制器与网络核心、无线wifi。交换机的部署或旁挂或串接，但无论那种方式，都必须避免对现有线网络的结构造成变动。通过无线控制器实现对无线网络中AP集中控制与管理，实现对整个无线网络的全面监控与管理。3.2.2楼宇部分无线AP接入用楼层交换机放在每层楼的现有交换机机箱内，便于交换机供电和集中管理，交换机优先选用POE交换机，近端无线AP供电采用POE交换机供电，为了防止由于线路超远，无法实现POE供电，每层楼走廊内必须单独敷设一趟专用供电线路，不与其它线路共用，每台无线AP安装点需安装一个电源墙插。无线AP与交换机连接网线均采用六类网线。所有无线AP零配置安装，配置均由无线控制器下发。3.2.3线路路由无线主干网络采用树形结构敷设，网络核心机房在调度楼三楼，从核心主机房出来光纤到区队办公楼、西办公楼、员工餐厅等地点的设计安装点，通过光模块直接接入各安装点专用交换机光口，楼层交换机必须是带有光口的三层管理交换机，室外AP接入采用就近接入或单独敷设光缆接入。安装地点为达到信号全覆盖，每次共设计安装无线AP42台，具体安装地点如下：调度楼共设计安装8台无线AP:（共3层）1层安装3台，安装在干部澡堂和副井入井口，主要供上、下井人员wifi通讯使用；2层安装3台，分别安装在调度会议室和调度台；3层安装3台，主要安装在自动化办公室、机房及工控机位。该楼设计1台24口交换机。区队办公楼共设计安装24台无线AP：（共6层）由于区队楼1-4层东西走向比较长，为了实现办公区域信号全覆盖，在每层安装5台；5-6楼，每层安装2台。该楼设计3台24口交换机，每2层使用一台交换机。员工餐厅设计安装5台无线AP：由于餐厅空间比较大，考虑到信号覆盖问题，餐厅设计安装2台无线AP；小礼堂设计安装2台；领导餐厅设计安装1台。该区域设计1台24口交换机。室外共设计5台无线AP：室外无线AP分别安装在区队楼、调度楼、职工澡堂及员工餐厅楼顶，主要覆盖工业广场无线信号。3.3项目要求设备接入方面，必须实现与现有网络核心和无线通讯系统实现完美对接。信号覆盖方面，所有办公区域设计安装地点必须实现信号全覆盖，且达到用户方办公使用需求，工业广场信号强度必须达到wifi能正常通讯。本项目为交钥匙工程，所有施工均有中标方独立完成，包括施工时的辅材均有中标方自行提供。4.技术参数4.1无线控制器（思科CT5520、华为AC6605、博科901-R500-WW00任选其一）标准1U。可通过软件方式升级，升级步长≥1个AP，最大可支持不低于500个AP;本次配置50个AP授权。支持≥4个千兆10/1000/1000M以太网口。吞吐量≥20Gbps，AES-CCM加密吞吐量≥20Gbps。必须支持所有AP到控制器的控制信令及用户数据全部以AES-CCM的方式加密传输至控制器，并且加密后控制器转发能力不受影响。最大用户数≥20000，最大用户数并发≥20000，SSID支持≥512SSID。支持802.11n、802.11b、802.11g、802.11a、802.1q、802.1x、802.3z、802.3ab、802.3d、802.11e；支持瘦AP标准IETF5415CAPWAP协议。支持802.1x/EAP认证，支持EAP-TLS、EAP-PEAP、EAP-TTLS，支持WEB认证，并且可以自动推送页面。支持自动无线资源管理功能，根据无线网络实际情况自动调节无线网络射频参数，下发至AP生效，并不影响AP正常接入性能。支持IPv4、IPv6。支持在同一个SSID下，不需要任何额外认证设备配合，就可以实现一个SSID对应一个VLAN组，一个VLAN组具有32个VLAN，控制器可以自动将接入该SSID的无线接入用户分配到该组中的不同VLAN中。要详细描述实现方式并提供配置界面的截图。支持MAC地址白名单，当用户的MAC地址在名单里时，直接允许用户接入，不需要认证。需要提供配置界面的截图。支持Radius（是一个认证连接的服务器）通讯接口，支持标准RadiusRFC协议，可以与第三方Radius互通，支持LDAP通讯接口，支持≥256个VLAN。在同一个SSID下，可以根据用户的物理位置不同为用户分配不同的VLAN并且不需要特定的外置服务器就能实现。控制器支持对终端设备的识别，如iphone,ipad，android，windows，MACOS等设备类型，并可以针对不同的设备设置不同的安全访问策略，VLAN，QoS（服务质量）等。要求支持2、3层情况下，无线用户在数据不加密以及WPA/WPA2加密情况下可以无缝漫游可结合采用独立的ASIC（是一种专门设计的集成电路）芯片实现频谱分析功能的AP,实现对低层频谱的检测,,可以分析报告出2.4G及5G频谱范围内的非WiFi设备干扰,可100%确定干扰源,包括2.4G跳频摄像头,无绳,蓝牙,微波炉,2.4G跳频基站或其他设备等。必须可以实现在提供用户接入的同时进行频谱分析功能，根据分析，可以给出简单明了的空口质量trap（诱骗、分离）信息，简化用户排查故障的时间。支持非法AP、非法客户端的发现、抑制功能；要求必须采用接入模式的AP做为非法AP的检测、抑制设备，无需另外添加专门AP做为AP检测设备，支持在AP在正常工作模式下，进行rougeAP检测和抑制，不影响用户接入。控制器支持视频组播功能,可将视频组播流转发至AP,由AP进行视频组播至单播的转换,大大节省网络传输带宽，AP和控制器之间的带宽不随着AP下组播用户的增加而增加。要提供第三方机构测试结果。支持基于组播视频的准入控制能力,在AP接入视频流能力不足的情况下,拒绝新组播用户加入；支持对组播流进行Qos优化,保证高清组播视频流的图像质量完全和通过有线网传输一致。支持统一控制器配置管理室内AP、室外AP及Mesh接入点的能力（有线接入，可以理解为第三防设备接入端口）。支持远程HTTP、HTTPS配置管理，支持SNMPv1/v2/v3、Telnet、Console管理。室内AP、室外AP及Mesh设备完全零配置操作，完全由控制器进行统一配置。提供原厂授权和原厂三年服务承诺函原件。4.2室内无线AP（思科AP1832、华为AP6050DN&AP6150DN、博科901-R500-WW00任选其一）支持瘦AP工作模式，支持802.11ac协议。支持IEEE802.11acWave2规范，可在5GHz频段提供867Mbps的数据率。（须提供官网截屏及其链接证明）双频AP，AP可在2.4GHz和5GHz频段同时工作。支持3x3MIMO（多变量控制系统）和2个空间流，支持多用户MIMO。（须提供官网截屏及其链接证明）支持瘦AP标准IETF5415CAPWAP协议（无线接入点的控制和配置协议）。工作温度：0-40度范围；工作湿度：10%-90%。支持吸顶式或挂壁式安装要求。内置2.4G及5G天线,天线增益2.4G不小于3dBi，5G天线支持最不小于5dBi。提供千兆接口。每AP支持不少于6路高清视频(8-10Mbps)可靠传播；控制器和AP之间的链路带宽利用率不会随着同一组播组客户端的增加而增加。支持远程抓包，可将远端AP的流量镜像到本地的IP可达的终端设备上，供主流第三方的数据包分析工具分析无线数据。AP应可以自动地将支持双频的客户端引导到5G频段上，须详细说明引导的机制。支持标准802.3afPoE供电，802.3at增强型PoE供电和支持100-240VAC外部供电。支持不少于16个BSSID。支持AP做为AES-CCM加解密节点。提供原厂授权和原厂三年服务承诺函原件。4.3室外无线AP（思科AP3802、华为AP6610DN-AGN、博科T301任选其一）支持瘦AP工作模式，支持802.11ac协议。支持IEEE802.11acWave2规范，可在5GHz频段提供1.3Tbps的数据率。（须提供官网截屏及其链接证明）双频AP，AP可在2.4GHz和5GHz频段同时工作。支持4x4MIMO和3个空间流，支持多用户MIMO。（须提供官网截屏及其链接证明）支持瘦AP标准IETF5415CAPWAP协议。工作温度：0-40度范围；工作湿度：10%-90%。内置2.4G及5G天线,天线增益2.4G不小于3dBi，5G天线支持最不小于5dBi。每AP支持不少于6路高清视频(8-10Mbps)可靠传播；控制器和AP之间的链路带宽利用率不会随着同一组播组客户端的增加而增加。支持远程抓包，可将远端AP的流量镜像到本地的IP可达的终端设备上，供主流第三方的数据包分析工具分析无线数据。AP应可以自动地将支持双频的客户端引导到5G频段上，须详细说明引导的机制。支持标准802.3afPoE供电，802.3at增强型PoE供电和支持100-240VAC外部供电。工作温度：-40-60℃。工作湿度：0%-100%RH（不凝结）防水等级：IP67。可同时在线的用户数：≤128。提供原厂授权和原厂三年服务承诺函原件。4.4POE交换机（思科2960XR、华为S5700-24TP-PWR-SI、博科ICX6450-24P任选其一）三层交换机，固定式1U架构。交换容量≥200Gbps。包转发率≥70mpps。支持内置的冗余电源。支持IEEE802.3azEEE节能以太网。实配10/100/1000电口≥24，且所有端口均支持POE供电，提供370WPOE供电。实配4个千兆SFP接口。要求所有接口可以同时使用，Combo接口按照一个计算。支持并提供静态路由、RIPv2/NG、OSPFv2/v3等路由功能。支持并提供Netflow/Netstream功能。支持堆叠，使用专用堆叠口，不占用标准的以太网端口。可对堆叠系统实现统一管理，最大堆叠台数≥8，堆叠带宽≥80Gbps，支持堆叠内跨机箱的链路捆绑。支持802.1QTrunk、支持802.1p优先级。支持IPv6、支持策略路由、支持IGMP协议。支持IGMPSnooping(v1,v2,v3)、支持IGMP过滤Filtering、支持IPv6MLDv1和v2Snooping。支持跨VLAN组播复制。支持安全控制列表ACL。支持端口安全。支持PVLAN。可防御ARP欺骗、可防御IP地址欺骗。支持802.1x认证、支持802.1x认证MAC地址过滤、支持网络接入认证、支持Web认证、支持802.1x对交换机的认证。支持灵活的、多种接入身份认证组合。支持对单播、组播和广播风暴的控制。支持RADIUS和TACACS+认证。支持本地管理用户口令认证和集中管理用户口令认证。须支持Telnet、SSH和Web管理。提供带外网管口。支持USB管理接口。支持远程端口镜像。支持交换机休眠模式。支持智能电源管理，设备能够自动实时调整端口用电状态以节约能耗，并且可以提供开放接口和开发工具包集成进第三方网管系统。5.企业资质要求5.1企业系统集成资质要求：投标单位需具备计算机信息系统集成二级及以上资质，需具备软件产品登记证书。5.2系统集成项目案例要求：投标单位在其他单位成功实施的类似不低于100万系统集成项目，不低于3个。5.3企业注册资金要求：投标人注册资金不得低于2000万元人民币。6.质量及验收要求所有产品必须有质量检验合格证，产品使用不足一年出现非人为损坏，必须免费更换。7.安装、调试要求安装过程中，公司技术人员到现场指导安装并负责产品调试。8.服务及质保要求8.1质保期为设备安装调试结束，试运行合格并通过验收后12个月。8.2系统正常运行后，如出现技术和质量问题，接到甲方通知后，2小时内做出回应技术人员24小时内到现场处理。8.3如有未尽其他事宜，以甲方现场要求为主。9.资料准备要求9.1施工方必须施工结束测试之前必须准备好，网络结构图，设备配置表、培训技术资料、施工日志等资料。9.2施工方出具与本项目相关的系统集成资质及相关业绩。认知无线电频谱分配技术及其应用分析摘要近年来，随着无线通信技术的不断发展，频谱资源的使用日趋频繁，整个无线电频谱空间被划分的所剩无几。然而，从一些研究结果可以看到，频谱资源的缺乏更多是由于对不同无线接入技术的频谱分配不合理引起的。认知无线电技术在这样的背景下应运而生，它能够主动检测频谱使用情况，自适应的改变自身通信参数，择机的选择主用户暂不使用的频段进行通信，具有灵活、频谱利用率高等优点。但是，对频谱的灵活应用要求认知无线电系统能够准确的检测并动态的分配频谱资源，其间还要为主用户的出现实现退避和切换功能，因此，频谱分配问题是认知无线电无线资源管理中的核心问题之一。目前，对认知无线电中的频谱分配问题研究已较为广泛，出现了基于图论理论等频谱分配问题模型，但是本领域的研究还刚刚开始。本文首先对CR和频谱分配做简要介绍，主要阐述认知无线电的基本原理、功能，另外，着重介绍了认知无线电中频谱分配技术。然后，对频谱分配问题模型进行分析和比较，最后介绍CR在频谱分配的应用，并对结论和发展进行简单叙述。关键词：认知无线电、频谱分配、图论理论CognitiveradiospectrumallocationtechniquesAndItsApplicationAbstractInrecentyears,withthecontinuousdevelopmentofwirelesscommunicationstechnology,theincreasinglyfrequentuseofspectrumresources,theentireradiospectrumisdividedintothelittleremainingspace.However,theresultscanbeseenfromsomeofthespectrumisduetolackofresourcesmoredifferentwirelessaccesstechnologiesduetospectrumallocationisunreasonable.Cognitiveradiotechnologyemergedinthiscontext,itcantaketheinitiativetodetectspectrumuse,adaptivechangesintheirowncommunicationparameters,choosethechoiceofthemainusersofthebandtemporarilyusedtocommunicatewithaflexible,highspectralefficiencyadvantages.However,theflexibleapplicationofcognitiveradiosystemneedtodetectaccuratelyandallocationdynamicofspectrumresources,duringthistimeithastoachievetheretreatandswitchingfunctionsfortheappearanceofthemainuser,therefore,theproblemofspectrumallocationisoneofthecoreissuesinthemanagementofthecognitiveradioradioresource.Currently,thereserchinthecognitiveradiospectrumallocationproblemisbecomingwider,ithasemergedbasedongraphtheoryproblemofspectrumallocationmodel,However,thefieldresearchhasjustbegun.ThisarticlehasabriefdescriptionofCRandspectrumallocationatfirst,mainlyelaboratedthebasicprinciplesofcognitiveradiofunctions,alsohighlightsthespectrumallocationincognitiveradiotechnology.Then,analysisandcomparisontheissuesonspectrumallocationmodel,andfinallyintroducetheapplicationofCRinthespectrumallocation,anddoasimplenarrativeontheconclusionsandthedevelopment.Keywords:cognitiveradio,spectrumallocation,Graphtheory目录摘要 2Abstract 3第一章CR现状及频谱分配的研究现状 41.1CR的现状 51.2频谱分配的现状 6第二章CR基本原理和频谱分配技术分析介绍 82.1认知无线电的基本概念 82.2认知无线电频谱分配原理 92.3频谱分配的特点 11第三章CR频谱分配方案分析及比较 153.1认知无线电频谱分配问题模型介绍 153.2基于图论着色模型的现有算法 193.3频谱分配算法的比较 26第四章CR频谱分配的应用 284.1应用场景 284.2CR典型应用 29第5章结论与展望 34致谢 35参考文献 36第一章CR现状及频谱分配的研究现状在当今的这个社会快速发展的信息时代，随着无线通信技术的快速发展及无线业务的逐渐扩展，可用的频谱资源越来越少。日益增加的无线电用户的使用，使得频谱资源越来越紧张，而现阶段使用到的频谱只占所有可用频谱的2%到6%，因此，使用下一代无线服务所需的可用频谱并不短缺。现代无线通信系统中使用频谱资源的分配是由无线电管理机构确定的，目前采用的是基于静态固定定频带分配是当前频谱资源短缺的主要原因之一。而在低于3GHz的频谱的分配和使用过程中发生过激烈的竞争，于此同时在高于3GHz的频谱利用情况上却表现出明显不同，然而我们从时域和空域的两种角度看，还是有很多未被充分利用的空白频段。实际上，现在大多数频域中频谱资源利用率仍然很低，据美国权威机构测定，已经分配的频谱资源中有70%以上没有得到充分的利用，这个数据显然和当前广泛关注的频谱资源短缺相互矛盾，因此，我们需要有一种可以解决的方法使它可以动态管理频谱，而认知无线电就是被认为是一种现阶段解决方案。CR的现状CR技术对现存的无线频谱固定分配制度提出了挑战。对此一些频谱管制部门如FCC和英国通信办公室（Ofcom，OfficeofCommunications）等给予了积极的支持。2002年12月，FCC指出非授权设备应具备能够识别未占用频段的能力；2003年11月，FCC提出新的量化和管理干扰的指标值——干扰温度的概念，以扩展移动动和卫星频段的非授权操作；同年12月FCC成立了CR工作组，明确表示支持CR并修正了美国的《电波法》；2004年5月，FCC又建议非授权无线电可在TV广播频段内操作。与此同时，Ofcom也将CR引入其近期的频谱框架概述报告书中。在频谱政策管制部门的带动下，一些标准化组织接纳了CR并先后制定了一系列标准以推动该技术的发展。IEEE802.22工作组对基于CR的无线区域网络（WRAN，WirelessRegionalRreaNetwork）的空中接口标准正在制定中，目标是将分配给电视广播的VHF/UHF频带的空闲频道有效利用作为宽带访问线路；IEEE802.16第h任务小组通过增强链路路层的感知和协调能力包括基站间协议来实现基于WiMAX的非授权系统及其与授权系统之间的共存和互通；IEEE802.11第h和k任务小组分别通过增强动态信道选择和发送功率控制机制以及增强射频谱资源测量机制等来实现与其它免授权系统的共存；IEEE1900标准组也在进行与下一代无线通信技术和高级频谱管理技术相关的电磁兼容研究。目前软件无线电论坛的CR工作组主要致力于开展CR平台的分析和多模式调整功能的研究。此外，TIU-R于2006年3月提出一项新的建议，将CR单独设为一个课题进行研究，说明ITU也已经充分认识到CR技术在未来通信发展中的重要意义。1.2频谱分配的现状目前随着无线通信业务需求的快速增长，可用频谱资源变得越来越稀缺。人们通过采用先进的无线通信理论和技术，如链路自适应技术、多天线技术等努力提高频谱效率的同时，却发现全球授权频段，尤其是信号传播特性比较好的低频段的频谱利用率极低。以美国为例，美国联邦委员会（FCC，FederalCommunicationsCommission）的大量研究报告说明频谱的利用情况极不平衡，一些非授权频段占用拥挤，而有些授权频段则经常空闲[1]。来自美国国家无线电网络研究实验床（NRNRT，NationalRadioNetworkResearchTestbed）项目的一份测量报告表明3GHz以下频段的平均频谱利用率仅有5.2%[2]。因此近几年来，能够对不可再生的频谱资源实现再利用的频谱共享技术受到了人们的广泛关注。现有的频谱共享技术，如工业、科学和医用（ISM，Industrial，Scientific，andMedical）频段开放接入、工作于3GHz~10GHz频段的超宽带（UWB，Ultra-WideBand）系统与传统窄带系统共存等技术通常应用于固定频段的共享，或受限于发送功率的短距离通信。这些技术在提高频谱利用率的同时却增加了干扰，限制了通信系统的容量和灵活性。认知无线电[3]种更只能的频谱共享技术，能够依靠人工智能的支持，感知无线通信环境，根据一定的学习和决策算法，实时自适应地改变系统工作参数，动态的检测和有效地利用空闲频谱，理论上允许在时间、频率以及空间上进行多维的频谱复用。这将大大降低频谱和带宽的限制对无线技术发展的束缚。出于CR网络中用户对带宽的需求、可用信道的数量和位置都是随时变化的，传统无线蜂窝一定通信系统动态频谱分配方法不完全适用。另外要实现完全动态频谱分配（FullyDSA）受到很多政策、标准及接入协议的限制。因此目前基于CR的DSA的研究主要基于频谱共享池（SpectrumPooling）这一策略。频谱共享池的基本思想是将一部分分配给不同业务的频谱合并成一个公共的频谱池，并将整个频谱池划分为若干个子信道，因此信道是频谱分的基本单位。基于频谱共享池策略的DSA是以最大化信道利用率为主要目标同时考虑干扰的最小化和接入的公平性。同时很多研究以图着色理论为工具丰富了认知无线电DSA领域。Wang和Liu提出了以图着色理论对认知无线电频谱分配问题进行建模并提出了近似最优化的频谱分配算法[8]，Peng和Zheng等人相继提出来标签机制，可区分用户的优先级，相对于经典的频谱分配算法得到50%的性能改善[2]；Cao等人提出的本地讨价还价（LocalBargaining）算法，采用公平的业务保证机制，可提供文献[1]和[2]中相近的性能，但明显降低了系统的复杂性[3]。虽然这些方法都取得了一些进步，但这些基于合作的方法为了共享相邻用户频繁交换的协作信息，需要公共的协调协议和通信链路，必然会增加系统的复杂性和额外开销。这对于能量受限的通信系统，如AdHoc、无线传感器网络等并不适用。针对以上问题，Zheng等人提出了基于设备的频谱管理（相对于基于政策的频谱管理）方案[4]。其基本思路是用户通过观察本地干扰码型，依据预先设定的适用于不同场景的规则独立决策选择信道，从而使系统的性能、复杂度和通信成本取得折衷，因此该方法也称为基于规则的方法。实验结果表明相对于合作方法，这种基于规则的方法可在提供相同通信性能的前提下将通信成本降低3~4倍。无论是基于合作的方法还是基于规则的方法，大多是用来解决多个CR用户直接如何选择频谱以最大化利用率的问题。而当授权用户再次出现时也需考虑其信道选择的方案。Capar等人在该领域做了初步探索。他们基于排队论模型提出了两种接入方案[5]：具有控制信道的分配和无控制信道的分配。前者是只要频谱池有空闲的子信道，授权用户就可以选择空闲信道而不中断CR用户的通信：后者是授权用户并不考虑用户是否占用信道，只需要就占用原信道。这两种方案中，带宽利用率和阻塞率无明显差别，而无控制信道的分配方案的强制中断率比较高，可采用智能调度算法来降低。第二章CR基本原理和频谱分配技术分析介绍2.1认知无线电的基本概念对于认知无线电的定义有不同的观点，一下定义是作者在以Mitola为首的瑞典皇家学院、以Rieser为首的维吉尼亚技术中心和FCC的观点的基础上，并结合自己长期的课题研究经验提出的：认知无线电可感知无线通信环境、并可根据一定的学习决策算法，实时、自适应地改变系统工作参数。它有两个目标：有效地提高频谱利用率有效地提高通信的可靠性JohnNotor认为软件无线电（SoftwareDefinedRadio,SDR）不是CR实现的必然条件，CR也不是SDR的发展，它们之间是重叠关系[7]。概括来说，认知无线电是一种能够依靠人工智能的支持，感知无线通信环境，根据一定的学习和决策算法，实时、自适应地改变系统工作参数，动态地检测和有效地利用空闲频谱的无线电[8]。无线信道环境无线信道环境发射功率控制频谱资源管理无线信分析信道状态估计预测建模发射信号RF检测空闲信道信道容量干扰温度发射机接收机图2-1认知无线电认知循环模型图2-1描述了认知无线电认知循环模型，可以看出，认知无线电系统通过分析外部环境提供的激励来认识它通信的任务内容，然后对接收和发送的内容进行分析，再选择合适的解决方式，目的是为了实现通信的高可靠性和频谱的高利用率。由于认知无线电技术尚处于起步阶段，对于该技术的主要功能还处于讨论过程中。从比较完整的意义上一般认为，认知无线电系统应该具备检测、分析、调整等能力[9]。事实上，这些具体功能就是一个认知循环的主要组成部分。（1）检测由特殊应用环境所决定，认知无线电必须具备精确的无线频谱检测能力，必须在可使用的全频段范围内维度进行频谱检测，从而发现可使用的频段。由于是免许可使用，认知无线电必须具备迅速发现住用户的能力，在工作过程中时刻检测住用户是否处于活动状态，从而确保不对其产生干扰。（2）分析认知分析包括对自身性能、网络内部状态、外部相关数据（包括频谱使用、策略使用等）和用户自身需求等相关知识的分析。如果说检测是信息的获取，那么分析就是对相关信息的初步处理。认识无线电设备通过所获取的频谱检测结果分析主用户的位置、使用的频点和发射时间，同时分析可用频点位置、可用带宽、信道状况、自身传输可能会对其他用户产生的影响以及完成业务传输所需的带宽和时间等等。(3)调整调整能力是完成传输的关键，根据检测和分析的相关结果，认知无线电设备通过先进的功率控制技术、不同的编码以及雕制技术，选择合适的频点和发射时机，从而成功地完成传输。这就要求认知无线电设备能够在较宽的频段内实现不同传输方案之间的切换，并且在突发事件发生后能够及时暂停或恢复传输，确保在不干扰首要用户的情况下获取最大限度的传输能力。2.2认知无线电频谱分配原理认知无线电的频谱分配与其它通信系统分配具有很多共同的特性，但由于认知无线电自身择机借用户频谱的特点，其频谱分配也必须满足一些特殊的要求，具体的频谱分配原理有如下：（1）保证灵活性。认知无线电是能够检测可用频谱资源，择机的借用主用户频谱进行通信的无线电。因此，可用频谱的必须实时更新，而一旦主用户恢复对某段频谱空间的使用，认知用户就必须在较短时间内退出该频段，选择其它的频段进行通信。这样一来，认知无线电中的频谱分配技术区别与其它无线通信频谱分配的最主要特点就是保证灵活性[10]。认知无线电任何频谱分配技术的研究都要有较强的频谱退避和转换功能，而由于可用频谱信息的不断更新，相应的频谱分配算法也必须满足实时性的要求。（2）提高系统性能。频谱分配技术的主要目的是对可用频谱空间进行合理的分配，使得系统性能得到改善或逼近于最优状态。根据不同应用需要，某个认知系统对性能发要求也可能不一样。比如最小化系统干扰为目的、以提高频谱分配公平性为目标、以最大化系统吞吐量为目标等等。我们可以根据不同的系统应用需要，提出不同的算法目标函数，以此指导频谱分配算法的设计。（3）减少信令开销和计算量。频谱分配算法的设计无疑需要一定的算法信令传输并占用一定的计算时间，这些都可看成分配功能，因此，频谱分配算法的设计必须考虑用户间以及用户与中心控制器之间控制信令的杂程度，分布于用户或者中心控制器上的算法计算量也是需要考虑的一个问题。总之，认知无线电的频谱分配具有一定的普遍性和特殊性，在我们设计频谱分配算法时必须充分给予充分考虑，满足以上所列的设计原则。频谱分配的基础在认知无线电中，为了解决频谱资源的匮乏和目前固定分配频谱利用率较低的问题，就要求扎到更有效的方法来充分感知和利用无线频谱资源。基本途径有两条：其一，提高频谱利用率，将已授权用户的频谱资源充分利用，减少浪费；其二，提高系统通信效率，将已获得的频谱资源和其他资源综合优化分配，进而提高利用率，这些都涉及到频谱分配的内容[13]。频谱分配是指根据需要接入系统的节点数目及其服务要求将频谱分配给一个或多个指定节点。频谱分配策略的选择直接决定系统容量、频谱利用率以及能否满足用户因不同业务而不断变化的需求。在无线蜂窝移动通信系统中，信道分配技术主要有3类：固定信道分配（FCA，FixedChannelAllocation）、动态信道分配（DCA,DynamicChannelAllocation）以及随即信道分配（RCA，RandomChannelAllocation）。FCA的优点是信道管理容易，信道间干扰易于控制，缺点是信道无法最佳化使用，频谱信道效率低，而且各接入系统间的流量无法统一控制从而会造成频谱浪费，有必要使用动态信道分配，并配合各系统间做流量整合控制，以提高频谱信道使用效率。FCA算法为使蜂窝网络可以随流量的变化而变化提出了信道借用方案（CBS，Channelborrowingscheme），如信道预定借用和方向信道锁定借用。信道借用算法的思想是将邻居蜂窝不用的信道用到本蜂窝中，以达到资源的最大利用。DCA根据不同的划分标准可以划分为不同的分配算法。通常将DCA算法分为两类：集中式DCA和分布式DCA。集中式DCA一般位于移动通信网络的高层无线网络控制器（RNC，RadioNetworkController），由RNC收集基站（BS，BaseStation）和移动站（MS，MobileStation）信道分配信息，分布式DCA则由本地决定信道资源的分配，这样可以大大减少RNC控制的复杂性，该算法需要对系统的状态有很好的了解。根据DCA的不同特点可以将DCA算法分为以下3种：流量自适应信道分配、再用划分信道分配以及基于干扰动态信道分配算法等。DCA算法还有基于神经网络的DCA和基于时隙打分（TSC,Timeslotscoring）的DCA。最大打包（MP，MaximumPacking）算法是不同于FCA和DCA算法的另一类信道分配算法。RCA是为减轻静态信道中较差的信道环境（深衰落）而随机改变呼叫的信道，因此每信道改变的干扰可以独立考虑。为使纠错编码和交织技术取得所需的QoS，需要通过不断地改变信道以获得足够高的信噪比。2.3频谱分配的特点频谱资源频谱空穴是指分配给授权用户但是在特定时间和地理位置授权用户部分或全部未利用的特定频带。由于授权用户在时域的多样性需求，使得频谱空穴不仅在时间上是动态变化的，而且依赖于授权用户的地理位置，是一种不确定的资源。频谱空穴可由物理层检测、租借等多种方式获得。与传统无线通信相比，频谱空穴提出了一种新的自由度。频谱分配的本质频谱空穴的新的自由度就决定了认知无线电必须采取动态频谱分配（DSA，DynamicSpectrumAllocation）才能够通过识别频谱空穴实现CR用户与授权用户的频谱共享。认知无线电在为CR用户进行动态频谱分配时必须满足以下两个条件：实际的CR系统不对授权用户造成有害干扰在满足授权用户允许承受干扰能力的条件下存在实际可用的CR系统因此这种机会接入频谱的特性决定了认知无线电动态频谱分配的本质就是受限的频谱分配问题，即在CR用户可用频谱根据授权用户占用情况动态变化的条件下，确定哪些CR用户可以接入网络并如何协调这些CR用户优化频谱分配。频谱分配技术的分类对频谱资源的分配往往需要考虑系统的应用需要以及系统网络结构等特点，我们对不同的频谱分配技术按性质进行分类，具体如下：按分配方式分类频谱分配技术按分配方式分类一般分为静态频谱分配、动态频谱分配和混合式频谱分配。静态频谱分配是指按固定的频谱分配表将频谱分配给系统内各用户，用户不能按自身需要改变可获得的频谱资源，这种方式较为简单，系统开销小，但分配不灵活，不能满足用户不断变化的需求。动态频谱分配是指系统能够通过一个自适应策略有效地（高效率以及可实施）利用频谱资源，满足不同用户对频谱资源的需求，增大系统容量，提高频谱利用率。混合式频谱分配是指静态频谱分配与动态频谱分配相结合的方式，既保持了静态分配的特点，又不失去灵活性。在认知无线电中，频谱分配算法设计要求以对可用频谱的检测以及发射功率控制的要求为基础，选择适应无线环境时间裱画特征的频谱分配策略，因此，认知无线电中的频谱分配以动态频谱分配为主。利用动态频谱分配可以提高无线通信的灵活性、信道使用效率，可使主用户和次用户之间避免冲突并公平共享频谱。按网络结构分类频谱分配技术按网络结构分类可分为：集中式频谱分配和分布式频谱分配。集中式频谱分配指网络小区中存在一中心实体（如基站等），完成对小区各用户的频谱分配。在认知无线电中，要求小区用户能够周期性的检测可用频谱，将检测结果报告中心实体，中心实体由此生成频谱分配表完成频谱的分配。分布式频谱分配指网络小区采用分布式结构，无中心控制节点，小区中每一个用户都参与可用频谱的检测和频谱的分配工作，频谱分配结果与节点采用的策略有关。认知无线电按其自身网络结构特点可采用集中式频谱分配方式或分布式频谱分配方式，目前针对两种方式的研究都较多成绩。按合作方式分类频谱分配技术按合作方式可分为：合作式频谱分配与非合作式频谱分配。合作式频谱分配指小区中各节点互相合作，节点的频谱分配策略不仅考虑本节点的应用需求，还考虑此策略对其他用户造成的影响[11]。因此，集中式频谱分配都属于合作式分配方式，当然，在分布式网络结构中也存在合作式的频谱分配。非合作式频谱分配指节点的频谱分配策略只考虑节点本身的需要，这类用户可定义为自私用户，在这类分配方式下，系统的频谱利用率较之合作式分配方式会有所下降。认知无线电中采用不同合作方式的频谱分配技术主要取决于关键算法的需要以及对系统性能的。综合以上所述，列出表2-1表2-1频谱分配的特点频谱分配技术的分类特点按分配方式分类静态频谱分配这种方式较比简单，系统开销小，分配不灵活，不能满足用户不断变化的需求。动态频谱分配自适应的利用频谱资源，可以满足不同用户的需求，增大系统容量，提高频谱利用率。混合式频谱分配是静态和动态频谱分配相结合的方式，既保持了静态分配的特点，又不失去灵活性。按网络结构分类集中式频谱分配以实体为中心，完成对小区各用户的频谱分配。分布式频谱分配无中心控制节点，频谱分配结果与节点采用的策略有关。按合作方式分类合作式频谱分配小区中各节点相互合作，节点的频谱分配策略不仅考虑本节点的应用需求，还考虑此策略对其他用户造成的影响。非合作式频谱分配节点的频谱分配策略只考虑节点本身的需要，这类用户可定义为自私用户，在这类分配方式下，系统的频谱利用率较之合作式分配方式会有所下降。第三章CR频谱分配方案分析及比较3.1认知无线电频谱分配问题模型介绍频谱分配的问题在运用博弈论解决频谱分配问题时，Nie没有考虑授权用户的存在，使其频谱分配算法的适用性受限；基于图着色理论的频谱分配算法基本都是在信道权值权值归一化的条件下提出的，对于实际的网络无能为力，并且这些算法是以网络整体吞吐量和公平性为目标的，没有考虑到单独CR用户的需求的差异；无控制信道的分配方案符合实际情况，但是中断率较高，不能满足CR系统需求；POMDP虽能够从理论上匹配认知无线电的跨层分配模型，但是由于其本身复杂度较高，所以仍很难应用到实际网络中。限于作者的能力和时间，本文只对基于博弈论和着色理论的两个方面存在的问题进行研究和解决。采用CR技术实现频谱共享的前提是必须保证对授权用户不造成干扰，而每一个分布式操作的CR用户的功率分配是造成干扰的主要原因，因此需要探索适用于CR技术的分布式功率控制方法。首先考虑两用户（单个CR用户与授权用户）共享频谱时的功率控制问题。一种可行的方法是将测量到的授权用户接收机信号的本地信噪比（SNR，SignaltoNoiseRatio）近似为CR用户与授权用户间的距离，从而相应的调整CR用户的发射功率[3]。此外，Clemens等人提出了一种相对智能的功率分配策略[5]，可将对策论和遗传算法相结合。即采用两用户重复对策理论建模，借助遗传算法来搜索策略空间。这些方法可实现在保证授权用户不受有害干扰的前提下“贪婪”地增加CR用户的发送功率。对于既存在合作又存在竞争的多址CR系统，为避免多用户的冲突问题，分布式功率控制的研究更为重要。多址CR系统的发送功率控制受到给定的干扰温度和可用频谱空穴数量这两种网络资源的限制。到目前为止，一般主要应用信息论和对策来解决其功率控制的难题。多用户CR系统的功率控制问题首先可看作是一个对策论的问题。若不考虑竞争现象，可看作纯合作对策，这样该问题就简化为一个最优控制理论问题，但限制了问题的许多方面[4]。因此用对策论方法研究的功率控制问题最终被归结为一个非合作对策。目前主流的方法是采用Markov对策进行分析解决。实现功率控制的另一种方法是基于信息论的迭代注水法。分析表明迭代注水法更适用于多用户环境，可通过增加遗憾意识的学习机制提高其性能，以支持更多用户接入。此外，关于CR系统的安全、可靠链路的维护以及定价策略的研究也逐渐成为人们关注的热点问题。2、频谱分配模型认知无线电中的频谱分配问题一直是国内外理论研究的热点，自认知无线电该你呢的提出直至发展到今天，不少学者为网址无线电中的频谱分配问题提出了分析模型，它们大多是借鉴于一些经典的数学理论以及微观经济学理论等，现就较为常见的两种频谱分配模型介绍如下：基于图论的频谱分配模型基于图论的频谱分配模型是简历在相应的干扰和约束条件之上的[9]。在认知无线电的研究中，将认知用户组成的网络拓扑结构抽象成图。图中的每一个顶点代表无线用户。每一条边表示的是一对顶点间的冲突或者干扰。特别的，如果图中的某两个顶点由一条边连接，则假定这两个节点不能同时使用相同的频谱。另外，将每一个顶点与一个集合相关联，这个集合代表该顶点所在区域位置可以使用的频谱资源。由于每个顶点地理位置的不同，因而不同顶点所关联的资源集合是不同的。图3-1是一个认知系统网络拓扑结构图示例。图中的五个顶点1-5代表五个不同的认知无线电用户，认知系统可使用的共有3个频段A、B和C，当前位置上面分布有四个主用户小区，即用户I-IV，他们使用的频段分别是频段B、A、B和频段C。由于认知无线电择机使用主用户相同的通信频段。图中圆通表明了主用户的覆盖范围，chnlX代表主用户使用的工作频段，每个节点不同的关联信道集合表明了节点处用户的所以频段。在图中，顶点1的可用信道是（A、B、C），节点2是（A、C）。(4)(A,B)II(chnlA)(4)(A,B)II(chnlA)(3)(C)(5)(A,C)III(chnlB)(2)(A,C)I(chnlB)IV(chnlC)(A,B,C)图3-1认知系统网络拓扑图示例基于图论的模型中规定了空闲矩阵，效益矩阵，干扰矩阵和分配矩阵四个基本矩阵。空闲频谱矩阵SKIPIF1<0,N为用户数（下标从0到N-1），M为总频带数（下标从0到M-1），SKIPIF1<0表示频带m对于用户n是可用的，SKIPIF1<0表示不可用。效益矩阵SKIPIF1<0,SKIPIF1<0表征用户n使用频带m所带来的效益权重，如频谱利用率等。将矩阵L与矩阵B相结合，可得出有效频谱的效益SKIPIF1<0。干扰矩阵集合SKIPIF1<0,SKIPIF1<0表示用户n和用户k在同时使用频带m时会产生干扰，当n=k时，SKIPIF1<0，仅由空闲频谱矩阵L决定。无干扰的频谱分配矩阵SKIPIF1<0,SKIPIF1<0表示频带m被分配给用户n。A必须满足无干扰条件：SKIPIF1<0SKIPIF1<0(3-1)把上述频谱分配抽象为一个图SKIPIF1<0的着色。U是图G的顶点集，表示共享频谱的用户，SKIPIF1<0表示顶点可选颜色集合和权重，SKIPIF1<0是表集，由于扰约束集合C决定，当且仅当SKIPIF1<0时，两个不同的顶点（用户）SKIPIF1<0之间有一条颜色为m（频带m）的边。于满足式（3-1）条件的有效频谱分配对应的着色条件可以描述为：当两个不同顶点间存在m色边的时候这两个顶点不能同时着m色。这样，我们便可以根据图论着色理论原则对认知无线电用户进行频谱分配。基于定价拍卖的频谱分配模型利用微观经济学中定价拍卖原理而制定的无线电资源分配机制在近年来得到广泛的研究,而且已经被证明是认知无线电网络的频谱分配问题的有效解决方法。在这种基于定价拍卖的频谱分配模型根据不同的网络效用需要来确定自身的目标函数，即确定赢家胜出的规则。例如采用最大化系统吞吐量原则将某段频谱分配给在其上吞吐量投标值最大的用户，利用效用公平原则和时间公平原则保证投标者在竞争频谱资源过程中的效用公平和时间公平等等。由于在频谱分配过程中引入了定价拍卖原理，认知无线电用户即投标者原则上都是“自私的”、“理性的”，这使得基于定价拍卖的频谱分配模型具有如下一些特点：非合作的用户行为。由于投标者是“自私的”、“理性的”，每个投标者都会根据系统效用需要对可用频谱进行定价，将评估的价格传送给拍卖人，而无需知道其他用户的信息和策略。分配算法需要合理的执行时间和合理的计算开销。基于定价拍卖的频谱分配算法中大量的运算集中在投标者和拍卖人身上，例如投标者需要对每个可用频谱单元进行评估，拍卖人需要收集全部投标者定价并进行赢家判断等。信令开销小。虽然对频谱单元的定价为投标者增加了较大的运算负担，但由于用户之间非合作的关系以及投标者和拍卖人之间信息传递的完备性，使得基于定价拍卖的频谱分配算法拥有较小的信令开销的优点。从以上的加上中我们可以看出，基于图论的频谱分配模型和基于定价拍卖的频谱分配模型充分利用了经典数学和微观经济学理论，为认知无线电中频谱分配提出了解决问题的框架，基于此两类模型的具体算法也得到了广泛的研究。然而，为了推动认知无线电频谱分配技术的不断发展，提出新的频谱分配问题模型成为了普遍的迫切需要。3、小结图论着色模型是一种“0，1模型”，建模分析的信息均可以用标志“0”和“1”表示，相对于其它模型而言分析较为筒单。于扰温度摸型是一种管理干扰的新机制。可以在允许一定干扰的前提下，使原有频段容纳更多用户，更好地提高频谱利用率，博弈论模型可以用于分析认知无线电系统的分布式行为。拍卖竞价模型可以用于协商频谱接入机制下的频谱分配。3.2基于图论着色模型的现有算法基于图论着色模型频谱分配算法的代表有：列表着色算法，颜色敏感的图论着色算法，CSGC联合局部议价的多小区动态频谱分配算法。下面将对其做简要的介绍。列表着色算法文献[6]根据图论着色模型提出了在开放式频谱接入的认知无线电网络中基于列表着色的频谱分配算法，其目标是在现有的干扰约束条件下最大化地分配频谱给认知用户，如下面数学公式所示：SKIPIF1<0（3-2）其中，SKIPIF1<0是满足无干扰分配约束条件的分配矩阵A中的元素出于系统健壮性的考虑，文献使用了分布式的网络结构，并分别基于最大化频谱利用率和频谱分配的公平性目标提出了两种算法：分布式贪婪算法和分布式公平算法，分布式贪婪算法的目标是实现系统频谱的最大化利用，将频谱最大化地分配给认知用户，贪婪算法每次处理一个频谱，并将这个频谱分配给图中度数(拥有连接数)最小的节点；而分布式公平分配算法则主要从提高频谱分配的公平性来考虑，将频谱较为公平地分配给系统中的认知用户。分布式贪婪算法的基本过程是：将系统中的所有频谱逐个分配，对每一个频谱的分配，将可能使用该频谱的所有节点按其度数从低到高排列，优先把该频谱分配给度数低的节点。当存在相同度数的节点时，则比较节点己获得的频谱数量，对已获得频谱少的节点优先分配。若己获得的频谱数仍然相同，则随机选择节点分配频谱。对分布式贪婪算法，度数低的节点通常会获得较多的频谱，导致分配的不公平性。分布式贪婪算法流程图如图3-2：由于分布式贪婪算法的目标是最大化地分配频谱资源给系统的认知用户，以提高频谱的利用率。分布式贪婪算法的分配流程，决定了在分配中度数低的节点将会获得大量的频谱，而度数高的节点则相对难以获得频谱，因而导致了分配的不公平性。为了提高频谱分配的公平性，文献提出了分布式公平性算法。分布式公平性算法主要分为以下三个步骤：步骤l：根据节点可用频谱集合与度数的大小，建立一个非循环有向图，有向图边的方向从拥有可用频谱数多的节点指向拥有可用频谱数少的节点，节点可用频谱数相同时，边从度数高的节点指向度数低的节点。图中没有作为边的出发端的节点作为sink节点，只作为边的出发端的节点作为源节点，图中可能有多个源节点和sink节点。步骤2：从sink节点开始分配频谱，选取sink节点所有邻节点的关联频谱列表中出现次数最少的频谱分配给sink节点，然后发一个set．color标志给邻节点，通知邻节点从各自的可用频谱列表中移出已分配频谱。当一个非sink节点从它所有的下游邻节点得到set．color标志，节点将变成sink节点并进行频谱分配。如此反复，从sink节点到源节点，算法逐步完成频谱分配。步骤3：当还有节点拥有可用频谱时，开始下一轮频谱分配流程。源节点产生重排标志发给每个邻节点，邻节点将收到的重排标志转发给所有的下游邻节点，直到所有节点收到重排标志后，转到步骤1。没有可用频谱的节点将退出分配过程，当所有节点的可用频谱分配完毕，分配算法结束。系统初始化信息更新系统初始化信息更新选择度数低的顶点定点度数相同？选择度数低的顶点定点度数相同？否是选择已获得频谱数少的顶点顶点已获得频谱数相同选择已获得频谱数少的顶点顶点已获得频谱数相同否否是随机选择顶点随机选择顶点分配频谱分配频谱所有频谱分配已进行分配所有频谱分配已进行分配是算法结束算法结束图3-2分布式贪婪算法流程图从分布式公平性算法的流程可见，分布式公平算法通过非循环有向图的建立和从sink节点开始分配，在一定程度上优先为度数高的节点分配频谱，从而改善了分配的公平性。色敏感的图论着色算法列表着色算法认为系统中所有的频谱都具有相同的性质，没有考虑不同频谱的差异性，然而认知无线电系统中实际使用的频谱具有频谱效益的差异。频谱效益的差异性指同一个认知用户使用不同的频谱能够获得不同的效益，同一个频谱对不同的认知用户在不同的时段也具有不同的效益。频谱效益的差异主要源于认知用户在某个频谱上所能够允许使用的发射功率大小，不同频谱的带宽大小，以及所使用频谱的频率影响。频谱效益通常使用用户在某频谱上能够获得的传输速率衡量。由于频谱效益对频谱分配算法能够获得的系统性能有重大影响。因此，在列表着色算法提出的图论着色模型基础上，增加了表示不同频谱效益差异性的频谱效益矩阵，提出了CSGC算法。然而，CSGC算法使用的频谱效益矩阵中频谱效益的含义仅仅表示了不同频谱的带宽不同，以频谱带宽作为衡量频谱效益的标准。在CSGC算法中，分别针对最大化频谱效益准则与最大比例公平(Max．Proportional．Fair,MPF)准则，比较了认知用户协作方式与认知用户非协作方式下算法的性能。由于CSGC算法的频谱效益矩阵中频谱效益的大小是以频谱的带宽作为衡量标准，因此，最大化频谱效益准则实际上就是CSGC算法中的最大总带宽(Max．Sum．Bandwidth，MSB)准则。CSGC算法最大化频谱效益准则的数学表达式如下：SKIPIF1<0（3-3）其中SKIPIF1<0是引入的频谱效益矩阵B中的元素，表示认知用户n使用频谱m所能够获得的效益，即带宽的大小。在最大化频谱效益准则下，系统以获得最大的效益总和为目标进行频谱分配。为了比较算法频谱分配的公平性，算法使用了最大比例公平性准则作为衡量算法分配公平性的度量，其数学表达式如下：SKIPIF1<0（3-4）CSGC算法通过对图中节点进行标号(1abel)来进行频谱分配，在某个标号规则下，标号的值越大表示了该标号对应的分配具有较高的价值，对既定的频谱分配目标贡献较大，需要优先分配标号值高的频谱给相应节点，因此，标号的值体现了频谱分配的优先级。另外，CSGC算法对于不同的分配目标，不同的认知用户协作方式的分配，使用了不同的标号规则。CSGC算法的分配流程如图3-3所示：根据标号规划计算标号值SKIPIF1<0根据标号规划计算标号值SKIPIF1<0搜索标号值最大的节点n满足SKIPIF1<0将最大标号对应频谱m分配给节点n将最大标号对应频谱m分配给节点n所有节点可用频谱集合为空？分配结果否是图3-3CSGC算法分配流程图SGC联合局部议价的多小区频谱分配算法对于拓扑结构固定的系统而言，CSGC算法的频谱分配方案可以得到当前拓扑下的最优分配结果，通过用户间的协作，其分配能够达到全局最优。总的来说，CSGC算法的分配是在不考虑本次分配前的频谱分配信息的情况下，独立地为每个认知用户分配频谱。然而，受到认知用户位置移动、活动情况改变等因素的影响，认知无线电系统的网络拓扑将动态改变，使用类似CSGC算法的基于固定拓扑的全局最优分配方法，网络需要根据拓扑的每次改变重新计算拓扑，在分布式算法中，信息的传递与复杂的计算过程使得算法的开销庞大。为了减少算法开销，文献[11]提出一种分布式局部议价的频谱分配算法，算法在新的频谱分配过程中考虑上一次频谱分配的信息，根据上一次频谱分配的结果，局部议价算法能够通过有限数量的计算适应拓扑的改变，针对新的拓扑作出接近全局最优的分配决策。局部议价算法的具体实现比较复杂，本文在此不作叙述，其基本思想是：假定在每次拓扑改变前频谱分配已经接近全局最优，则本次分配可以通过在受拓扑改变影响的节点之间的局部议价快速地实现频谱最优化分配。在局部议价期间，邻节点的集合，即相互间有干扰边相连的各个节点，自组织成为议价小组。每个小组修改组内的频谱分配以适应拓扑的变化并实现在局部的最优分配，从而获得整体上接近最优的分配结果，小组内的频谱分配不能影响或者改变组外的任何一个节点的分配。局部议价算法制定了完善的议价小组组成限制，议价策略以及详细的议价过程，以保证局部议价的实现。文献[7]在图论着色模型与局部议价算法基础上，进一步将图论着色模型应用于认知无线电多小区的频谱分配，以图论着色结合局部议价实现认知无线电多小区的频谱分配。算法的目标是在多小区频谱分配中，在避免小区间和小区内认知用户的共道干扰的前提下，最大化系统的频谱利用率，同时保证认知用户问使用频谱的公平性，即频谱分配需要保证每个用户的最小带宽需求。CSGC联合局部议价的多小区频谱分配算法由三个主要部分组成，分别是系统初始化，资源预分配和认知用户间局部议价。具体如下：第一阶段：系统初始化，认知系统中各基站收集认知用户的位置和可用频谱信息，使用公式(3-5)所示的标记方法对每个用户计算ratio值，N表示邻节点数，M表示节点可用度数，ratio值表示了用户在资源预分配阶段获得分配的优先级情况。SKIPIF1<0(3-5)第二阶段：资源预分配，从位于网络中央的小区开始，逐个小区地分配频谱。在本阶段的资源预分配中，每个认知用户试图获得自己需要的最大频谱带宽。资源预分配阶段使用了与CSGC算法相似的方法，每次选取ratio值最大的用户为其分配频谱，直到所有的用户获得了分配。第三阶段：认知用户间进行局部议价：由于第二阶段的资源预分配以获得最大化的系统频谱利用率为目标，因而各用户间的频谱分配不平衡，有些用户获得了足够的频谱资源，而其中部分用户获得的频谱资源没有达到其通信所需的最低带宽需求。因此，第三阶段通过认知用户间的局部议价来改善分配的公平性，没有获得足够频谱的用户有权通过局部议价来向自己的邻节点中频谱资源充足的节点借用频谱，通过局部议价达到最低频谱带宽需求。第三阶段可以看作是对第二阶段的资源预分配的局部调整，通过第三阶段的局部议价，实现频谱分配的公平性。CSGC联合局部议价的多小区频谱分配算法能够以较低的算法复杂性与开销，实现接近最优分配的频