能量高效的認(rèn)知無(wú)線體域網(wǎng).pdf

1、無(wú)線通信技術(shù)及嵌入式技術(shù)的發(fā)展促使人們開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了許多基于可移動(dòng)計(jì)算設(shè)備的無(wú)線體域網(wǎng)（Wireless Body Area Network，WBAN）系統(tǒng)，這一方面給人們的生活提供了大量便利，另一方面也造成頻譜資源日益稀缺。認(rèn)知無(wú)線電（Cognitive Radio，CR）網(wǎng)絡(luò)可以動(dòng)態(tài)地使用空閑頻段，幫助認(rèn)知用戶實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。然而在認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)中，往往較少考慮能量效率的問(wèn)題，而這對(duì)于無(wú)線體域網(wǎng)這類需要電池供電的系統(tǒng)尤為重要。隨著

2、綠色通信概念不斷得到認(rèn)可，如何設(shè)計(jì)適于無(wú)線體域網(wǎng)系統(tǒng)的具有高能量效率的頻譜感知方法和用戶接入策略，具有極其重要的意義。
　　本文首先研究了單個(gè)從用戶在單信道上進(jìn)行節(jié)能的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)頻譜接入的問(wèn)題。論文首先建立了節(jié)能的檢測(cè)-接入模型，分析了在已知信道分布參數(shù)的條件下從用戶的最佳接入時(shí)長(zhǎng)。通過(guò)將上述分析應(yīng)用于信道分布參數(shù)未知的場(chǎng)景中，論文得到了快速的最佳接入時(shí)長(zhǎng)的自適應(yīng)算法。最后通過(guò)加入穩(wěn)定性修正措施，算法在收斂速度和性能穩(wěn)定性方面達(dá)到

3、了平衡。同時(shí)，節(jié)能的檢測(cè)-接入模型使得從用戶的信道檢測(cè)頻率大為降低，在提高能量效率方面也具有很好的表現(xiàn)。
　　本文著重研究了在無(wú)線體域網(wǎng)系統(tǒng)中節(jié)能的動(dòng)態(tài)頻譜接入的問(wèn)題。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的不同，該問(wèn)題分為單體域網(wǎng)系統(tǒng)與多體域網(wǎng)系統(tǒng)兩種情況。在單體域網(wǎng)系統(tǒng)場(chǎng)景中，論文首先建立了以部分可觀測(cè)的馬爾科夫決策過(guò)程（Partially Observable Markov Decision Process，POMDP）為基礎(chǔ)的信道選擇策略模型，并提

4、出了在滿足從用戶業(yè)務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）的條件下最小化功耗的優(yōu)化目標(biāo)。通過(guò)分析無(wú)線體域網(wǎng)的特點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，與一般從用戶相比，WBAN系統(tǒng)在功耗方面具有更高的信道切換-數(shù)據(jù)傳輸比。因此，高能效的信道選擇策略關(guān)鍵在于降低從用戶進(jìn)行信道切換的頻率。通過(guò)分析從用戶進(jìn)行信道切換對(duì)功耗與網(wǎng)絡(luò)吞吐率的影響，論文得到了信道切換概率與功耗及網(wǎng)絡(luò)吞吐率之間的量化關(guān)系?；诖岁P(guān)系，論文設(shè)計(jì)了適于節(jié)能的動(dòng)態(tài)頻譜接入算法，并通過(guò)仿真進(jìn)行