認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的重點(diǎn)技術(shù)和研究

鄧寧寧+陳孝如

摘要：電磁環(huán)境的越來(lái)越復(fù)雜，也給無(wú)線網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn)，除了用戶的不斷增加，其服務(wù)類型和用戶需求也在朝著多樣化發(fā)展。在單一且封閉的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)滿足不了人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信需求的同時(shí)，認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)開始受到人們的關(guān)注，認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是具有認(rèn)知過(guò)程的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的狀態(tài)，從而對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行規(guī)劃、決策以及響應(yīng)。為了能夠更多的了解認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，所以本文基于認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的重點(diǎn)技術(shù)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)做出了簡(jiǎn)要闡述。

關(guān)鍵詞：認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)技術(shù)；認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展；體系結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）28-0031-02

認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)的不斷創(chuàng)新以及提高應(yīng)用需求的驅(qū)動(dòng)下得到了飛速的發(fā)展。作為一種具備認(rèn)知功能的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，其除了能夠分辨當(dāng)前無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，還能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行智能規(guī)劃、決策以及實(shí)現(xiàn)響應(yīng)。使網(wǎng)絡(luò)能夠在具體的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮自適應(yīng)的能力，對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的管理和使用情況進(jìn)行有效的優(yōu)化，其重點(diǎn)技術(shù)也為端到端用戶提供一定的服務(wù)質(zhì)量保證。因此，認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在當(dāng)前受到了各界的高度重視，并且也有多數(shù)學(xué)者也開始研究認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)及其相關(guān)技術(shù)。

1 引言

隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的廣泛使用，導(dǎo)致無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的要求和標(biāo)準(zhǔn)也來(lái)越高，所以無(wú)論是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、需求、技術(shù)等都處于變革中，這些因素都給無(wú)線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)造成了異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)并存的局面，造成了眾多的網(wǎng)絡(luò)孤島，這不但給網(wǎng)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和建設(shè)帶來(lái)了極大的難度，同時(shí)也滿足不了用戶的需求。甚至以上的諸多因素已經(jīng)造成了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的使用僵化、資源使用效率低。只有將無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)頻譜工作模式轉(zhuǎn)換為動(dòng)態(tài)自適應(yīng)的工作模式，將封閉的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展成為異購(gòu)融合的網(wǎng)絡(luò)。只有這樣，才能夠解決無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的容量大小的限制，以及實(shí)現(xiàn)高效使用頻率等問(wèn)題。

由于認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是一種開放性的智能網(wǎng)絡(luò)，所以其可以通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的分析，對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行規(guī)劃、決策和響應(yīng)。因?yàn)檎J(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)研究得到了國(guó)家973項(xiàng)目的支持，并且在項(xiàng)目組的努力下取得了長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，所以認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被當(dāng)做下一代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合的同時(shí)，也滿足了用戶對(duì)端到端服務(wù)的需求。

2 認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)體系

認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)體系的要旨則是在感知到網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的狀況之后，采取自適應(yīng)的功能進(jìn)行相應(yīng)的行動(dòng)，是利用自適應(yīng)功能所獲取的信息對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的狀況，以及網(wǎng)絡(luò)事件做出相應(yīng)的推理。而認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)體系的基礎(chǔ)則是認(rèn)知的特性，通過(guò)信息處理和智能來(lái)實(shí)現(xiàn)感知、決策、資源分配及重構(gòu)認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，感知、決策、資源分配及網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)這四者之間又有著密切的邏輯關(guān)系，因?yàn)檎J(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不但能夠有效的觀察感知網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的狀態(tài)，并且能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)決策自適應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)達(dá)到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的智能優(yōu)化。

認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)體系分為異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、認(rèn)知邏輯網(wǎng)絡(luò)及認(rèn)知服務(wù)體系三部分。其中異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)包括GSM、TD-SCDMA、WLAN、802.22、LTE以及WIMAX等。認(rèn)知邏輯網(wǎng)絡(luò)則提出了認(rèn)知平面和認(rèn)知流的概念。認(rèn)知流是一個(gè)全新的概念，其基于業(yè)務(wù)流和控制流基礎(chǔ)上。業(yè)務(wù)流承載著對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的認(rèn)知、學(xué)習(xí)以及推理，通過(guò)智能的對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的配置進(jìn)行優(yōu)化。從而增強(qiáng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)知、自主及重構(gòu)的能力。而控制流則在控制平面的各層協(xié)議之間傳遞。認(rèn)知邏輯網(wǎng)絡(luò)通過(guò)引入新的認(rèn)知平面，將認(rèn)知和控制分離開，這樣不但可以有效地提高認(rèn)知和決策的效率，而且還增加了認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的靈活性。例如，在認(rèn)知邏輯網(wǎng)絡(luò)中引入智能映射機(jī)制，便可以將異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)映射成統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)。而基于同一的認(rèn)知邏輯網(wǎng)絡(luò)，不但可以提供網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)或者各實(shí)體之間、網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)之間的合作平臺(tái)，而且還可以建構(gòu)滿足端到端效能的認(rèn)知服務(wù)體系。

認(rèn)知服務(wù)體系講的則是基于認(rèn)知平面與認(rèn)知功能實(shí)體，對(duì)各種移動(dòng)業(yè)務(wù)進(jìn)行認(rèn)知建模，獲取主/克技術(shù)參數(shù)，用于端到端效能評(píng)價(jià)模型。端到端效能的指標(biāo)體系不但包括誤碼率、容量、時(shí)延等QoS指標(biāo)，同時(shí)也包括業(yè)務(wù)可用性、易用性、保真度、費(fèi)用等用戶滿意度指標(biāo)，以及網(wǎng)絡(luò)適變形、運(yùn)營(yíng)成本、匹配度等網(wǎng)絡(luò)滿意指標(biāo)。認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)就可以通過(guò)端到端重構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)適變的方式，滿足端到端效能的指標(biāo)要求，然后再根據(jù)端到端效能建立評(píng)價(jià)準(zhǔn)則以及評(píng)價(jià)模型，最后得出綜合的評(píng)價(jià)結(jié)果。但如果為了提高端到端效能，實(shí)現(xiàn)認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)自主優(yōu)化的功能，則需要在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步的研究認(rèn)知邏輯網(wǎng)絡(luò)及端到端效能評(píng)價(jià)信息的交互機(jī)制。

3 認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的重點(diǎn)技術(shù)

3.1 頻譜感知技術(shù)

頻譜感知技術(shù)是認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的重點(diǎn)技術(shù)之一，其按照感知對(duì)象分為基于發(fā)射源和基于干擾兩種感知方式。

1）基于發(fā)射源感知方式

因?yàn)榘l(fā)射源有不同的特征，所以基于發(fā)射源的感知又可以細(xì)分為能量檢測(cè)、匹配濾波檢測(cè)、周期循環(huán)平穩(wěn)檢測(cè)以及小波檢測(cè)四種。

能量檢測(cè)用于檢測(cè)頻段內(nèi)積累的能量值，如果此能量值高于設(shè)定門限的能量值，則該頻段內(nèi)存在信號(hào)。能量檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，不需要信號(hào)的先行驗(yàn)知就能夠?qū)δ芰窟M(jìn)行檢測(cè)，但其缺點(diǎn)則是檢測(cè)速度慢，時(shí)間較長(zhǎng)，且對(duì)于門限的設(shè)定值較為敏感。

匹配濾波檢測(cè)是一種已知授權(quán)用戶信號(hào)特征的頻譜的技術(shù)，這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)就是具有一定的時(shí)間段，檢測(cè)精度也比較高。缺點(diǎn)就是此技術(shù)執(zhí)行起來(lái)成本太高，并且其檢測(cè)方法也會(huì)限制應(yīng)用的場(chǎng)合。

周期循環(huán)平穩(wěn)檢測(cè)是一種能根據(jù)接收信號(hào)的靜態(tài)特征來(lái)檢測(cè)授權(quán)用戶信號(hào)的技術(shù)方法，其檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)就是能夠在不相干的廣義平穩(wěn)信號(hào)中區(qū)分出噪聲的能量。缺點(diǎn)就是計(jì)算起來(lái)較為復(fù)雜，且需要授權(quán)用戶的先驗(yàn)知識(shí)。

而小波檢測(cè)則是專門通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中不確定的率頻密度來(lái)分析信號(hào)特征的一種檢測(cè)方法。小波檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)就是有利于款頻段下的信號(hào)檢測(cè)，其缺點(diǎn)是計(jì)算起來(lái)較為復(fù)雜，且檢測(cè)不到擴(kuò)頻信號(hào)。

2）基于干擾的感知方式

基于干擾的感知方式是通過(guò)接收端受到的干擾程度來(lái)判斷頻譜是否接入。認(rèn)知用戶如果在授權(quán)用戶發(fā)射端的干擾半徑外，則會(huì)跟授權(quán)用戶的接收端產(chǎn)生摩擦，因此，為了解決這個(gè)問(wèn)題，有學(xué)者提出了干擾溫度模型。干擾溫度模型是利用干擾溫度來(lái)對(duì)門限值進(jìn)行判斷，只要在所設(shè)定的門限范圍內(nèi)，認(rèn)知用戶便可以有效地使用高頻段。

3.2 可用的寬帶感知技術(shù)

可用寬帶是指利用異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)流獲取最大的數(shù)據(jù)傳輸率，并且將網(wǎng)絡(luò)資源的感知頻譜轉(zhuǎn)換為可用的寬帶信息資源?？捎脤拵Ц兄夹g(shù)之所以得到極大的重視，則是因?yàn)榭捎脤拵@取的信息是以認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)所支持的QoS為前提條件。其次，寬帶檢測(cè)方式在以往的研究中都是為有線網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)的，但是基于認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)本身就是一種較為珍貴的資源，所以，有學(xué)者在研究的過(guò)程中提出可用的寬帶感知技術(shù)，而可用的寬帶感知技術(shù)又細(xì)分為基于感知估計(jì)方式和基于模型預(yù)測(cè)方式。

基于感知估計(jì)方式的思想是利用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)感知信道的狀況之后，再對(duì)可用寬帶進(jìn)行估計(jì)?；诟兄烙?jì)方式最大的優(yōu)點(diǎn)就是不會(huì)對(duì)所存在的業(yè)務(wù)造成干擾影響，其缺點(diǎn)則是在很多情況下僅采用寬帶估計(jì)無(wú)法滿足需求，基于模型預(yù)測(cè)正是在此問(wèn)題上深入研究的。而基于模型的預(yù)測(cè)方法則是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)行為建立的模型，在建立模型之前，則首先要建立相應(yīng)的預(yù)測(cè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模型。另外，認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)之間的節(jié)點(diǎn)存在不確定的性能，所以可用寬帶感知技術(shù)的這兩種感知方法也是比較好的途徑。

3.3 Self-x算法技術(shù)

由于認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)里面融合了多種網(wǎng)絡(luò)，所以在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理的時(shí)候增大了難度，為了解決這個(gè)問(wèn)題，有學(xué)者提出了基于自主計(jì)算的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)自主管理的架構(gòu)，也就是Self-x算法技術(shù)。自主計(jì)算是通過(guò)設(shè)計(jì)而建立的能夠進(jìn)行自我管理的計(jì)算系統(tǒng)，不僅能夠有效地降低無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，而且還減少了對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理所用的成本。Self-x算法技術(shù)的核心思想是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自主管理的功能，其表現(xiàn)主要有實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自主配置、自主優(yōu)化、自主恢復(fù)以及自主保護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)了解認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)及重點(diǎn)技術(shù)得知，對(duì)認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)的研究需要將多學(xué)科的知識(shí)應(yīng)用在一起，才能夠建立其重點(diǎn)技術(shù)的體系及理論，這些重點(diǎn)技術(shù)及理論對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展有著極其重要的意義。另外，認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)該更具有擴(kuò)展性能，以方便滿足和支持未來(lái)網(wǎng)絡(luò)對(duì)認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及新增加的網(wǎng)絡(luò)各元素。從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向更高層次通信的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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