鄧寧寧+陳孝如

摘要：電磁環(huán)境的越來越復(fù)雜，也給無線網(wǎng)絡(luò)帶來了諸多挑戰(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。在單一且封閉的無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)滿足不了人們對網(wǎng)絡(luò)通信需求的同時，認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)開始受到人們的關(guān)注，認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)是具有認(rèn)知過程的無線網(wǎng)絡(luò)，能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的狀態(tài)，從而對網(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)知無線網(wǎng)絡(luò)，所以本文基于認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的重點技術(shù)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)做出了簡要闡述。

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

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

認(rèn)知無線網(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)動下得到了飛速的發(fā)展。作為一種具備認(rèn)知功能的無線網(wǎng)絡(luò)，其除了能夠分辨當(dāng)前無線網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，還能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)對無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行智能規(guī)劃、決策以及實現(xiàn)響應(yīng)。使網(wǎng)絡(luò)能夠在具體的無線網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮自適應(yīng)的能力，對網(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)知無線網(wǎng)絡(luò)及其相關(guān)技術(shù)。

1 引言

隨著無線網(wǎng)絡(luò)的廣泛使用，導(dǎo)致無線網(wǎng)絡(luò)的要求和標(biāo)準(zhǔn)也來越高，所以無論是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、需求、技術(shù)等都處于變革中，這些因素都給無線網(wǎng)絡(luò)平臺造成了異構(gòu)無線網(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)帶來了極大的難度，同時也滿足不了用戶的需求。甚至以上的諸多因素已經(jīng)造成了無線網(wǎng)絡(luò)的使用僵化、資源使用效率低。只有將無線網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)頻譜工作模式轉(zhuǎn)換為動態(tài)自適應(yīng)的工作模式，將封閉的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展成為異購融合的網(wǎng)絡(luò)。只有這樣，才能夠解決無線網(wǎng)絡(luò)的容量大小的限制，以及實現(xiàn)高效使用頻率等問題。

由于認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)是一種開放性的智能網(wǎng)絡(luò)，所以其可以通過對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的分析，對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行規(guī)劃、決策和響應(yīng)。因為認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)研究得到了國家973項目的支持，并且在項目組的努力下取得了長遠(yuǎn)發(fā)展，所以認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被當(dāng)做下一代無線網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，在實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合的同時，也滿足了用戶對端到端服務(wù)的需求。

2 認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)體系

認(rèn)知無線網(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，是利用自適應(yīng)功能所獲取的信息對無線網(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)知無線網(wǎng)絡(luò)體系的基礎(chǔ)則是認(rèn)知的特性，通過信息處理和智能來實現(xiàn)感知、決策、資源分配及重構(gòu)認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)。同時，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，因為認(rèn)知無線網(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)，從而實現(xiàn)達(dá)到無線網(wǎng)絡(luò)的智能優(yōu)化。

認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)體系分為異構(gòu)無線網(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)流承載著對無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的認(rèn)知、學(xué)習(xí)以及推理，通過智能的對網(wǎng)絡(luò)資源的配置進(jìn)行優(yōu)化。從而增強無線網(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)點或者各實體之間、網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)之間的合作平臺，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)知功能實體，對各種移動業(yè)務(wù)進(jìn)行認(rèn)知建模，獲取主/克技術(shù)參數(shù)，用于端到端效能評價模型。端到端效能的指標(biāo)體系不但包括誤碼率、容量、時延等QoS指標(biāo)，同時也包括業(yè)務(wù)可用性、易用性、保真度、費用等用戶滿意度指標(biāo)，以及網(wǎng)絡(luò)適變形、運營成本、匹配度等網(wǎng)絡(luò)滿意指標(biāo)。認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)就可以通過端到端重構(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)端到端效能建立評價準(zhǔn)則以及評價模型，最后得出綜合的評價結(jié)果。但如果為了提高端到端效能，實現(xiàn)認(rèn)知無線網(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)及端到端效能評價信息的交互機制。

3 認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的重點技術(shù)

3.1 頻譜感知技術(shù)

頻譜感知技術(shù)是認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的重點技術(shù)之一，其按照感知對象分為基于發(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

因為發(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、匹配濾波檢測、周期循環(huán)平穩(wěn)檢測以及小波檢測四種。

能量檢測用于檢測頻段內(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。能量檢測方法的優(yōu)點是簡單易行，不需要信號的先行驗知就能夠?qū)δ芰窟M(jìn)行檢測，但其缺點則是檢測速度慢，時間較長，且對于門限的設(shè)定值較為敏感。

匹配濾波檢測是一種已知授權(quán)用戶信號特征的頻譜的技術(shù)，這種技術(shù)的優(yōu)點就是具有一定的時間段，檢測精度也比較高。缺點就是此技術(shù)執(zhí)行起來成本太高，并且其檢測方法也會限制應(yīng)用的場合。

周期循環(huán)平穩(wěn)檢測是一種能根據(jù)接收信號的靜態(tài)特征來檢測授權(quán)用戶信號的技術(shù)方法，其檢測方法的優(yōu)點就是能夠在不相干的廣義平穩(wěn)信號中區(qū)分出噪聲的能量。缺點就是計算起來較為復(fù)雜，且需要授權(quán)用戶的先驗知識。

而小波檢測則是專門通過無線網(wǎng)絡(luò)中不確定的率頻密度來分析信號特征的一種檢測方法。小波檢測的優(yōu)點就是有利于款頻段下的信號檢測，其缺點是計算起來較為復(fù)雜，且檢測不到擴頻信號。

2）基于干擾的感知方式

基于干擾的感知方式是通過接收端受到的干擾程度來判斷頻譜是否接入。認(rèn)知用戶如果在授權(quán)用戶發(fā)射端的干擾半徑外，則會跟授權(quán)用戶的接收端產(chǎn)生摩擦，因此，為了解決這個問題，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對門限值進(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，則是因為可用寬帶所獲取的信息是以認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)所支持的QoS為前提條件。其次，寬帶檢測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)分為基于感知估計方式和基于模型預(yù)測方式。

基于感知估計方式的思想是利用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點感知信道的狀況之后，再對可用寬帶進(jìn)行估計?；诟兄烙嫹绞阶畲蟮膬?yōu)點就是不會對所存在的業(yè)務(wù)造成干擾影響，其缺點則是在很多情況下僅采用寬帶估計無法滿足需求，基于模型預(yù)測正是在此問題上深入研究的。而基于模型的預(yù)測方法則是通過網(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)測無線網(wǎng)絡(luò)模型。另外，認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)之間的節(jié)點存在不確定的性能，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)管理的時候增大了難度，為了解決這個問題，有學(xué)者提出了基于自主計算的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)自主管理的架構(gòu)，也就是Self-x算法技術(shù)。自主計算是通過設(shè)計而建立的能夠進(jìn)行自我管理的計算系統(tǒng)，不僅能夠有效地降低無線網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，而且還減少了對網(wǎng)絡(luò)管理所用的成本。Self-x算法技術(shù)的核心思想是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自主管理的功能，其表現(xiàn)主要有實現(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

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

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