無線AP技術(shù)規(guī)格書

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1.項(xiàng)目簡(jiǎn)介及使用地點(diǎn)無線AP技術(shù)規(guī)格書（完整版）資料(可以直接使用，可編輯優(yōu)秀版資料，歡迎下載）隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的高速發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)越來越普遍的用于各企業(yè)辦公區(qū)域，辦公無線網(wǎng)絡(luò)的主要應(yīng)用是將大家從有線的束縛中解放出來，隨時(shí)隨地都可以連接到網(wǎng)絡(luò)獲取相關(guān)資訊，提高工作效率。隨著筆記本、平板電腦、智能、WiFi通訊等終端設(shè)備對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)的需求，辦公無線網(wǎng)絡(luò)將取代有線網(wǎng)絡(luò)成為企業(yè)辦公網(wǎng)絡(luò)的主流。我單位辦公樓宇內(nèi)現(xiàn)有有線網(wǎng)絡(luò)由于建設(shè)時(shí)間比較長(zhǎng)，線路老化較多，加上現(xiàn)在每個(gè)辦公室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備較多，而且大多都是筆記本，現(xiàn)有有線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無法滿足辦公需求。且我礦院區(qū)沒有無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，井下wifi沒有辦法在地面使用，使wifi的使用范圍極大限制?；谝陨锨闆r，我單位計(jì)劃建設(shè)礦區(qū)無線辦公網(wǎng)絡(luò)。本項(xiàng)目著重于考慮我單位利用無線AP技術(shù)對(duì)整個(gè)辦公區(qū)域及工業(yè)廣場(chǎng)的無線信號(hào)全覆蓋，實(shí)現(xiàn)我礦地面wifi無線通訊和樓宇辦公室無線網(wǎng)絡(luò)辦公，為我單位網(wǎng)絡(luò)智能化、辦公自動(dòng)化的建設(shè)打下夯實(shí)基礎(chǔ)。2.貨物名稱及供貨范圍序號(hào)名稱廠家參數(shù)單位數(shù)量備注1無線控制器推薦A:思科CT55201、標(biāo)準(zhǔn)1U。2、最大可支持不低于500個(gè)AP管理，可通過軟件方式升級(jí)。3、支持≥4個(gè)千兆10/1000/1000M以太網(wǎng)口。(詳細(xì)技術(shù)要求，見第5項(xiàng)技術(shù)參數(shù))臺(tái)1本次配置50個(gè)AP授權(quán)推薦B:華為AC6605推薦C:博科P01-S104-CN002室內(nèi)無線AP推薦A:思科AP18321、支持瘦AP工作模式，支持802.11ac協(xié)議。2、支持IEEE802.11acWave2規(guī)范，可在5GHz頻段提供867Mbps的數(shù)據(jù)率。3、雙頻AP，AP可在2.4GHz和5GHz頻段同時(shí)工作。(詳細(xì)技術(shù)要求，見第5項(xiàng)技術(shù)參數(shù))臺(tái)37提供100-240VAC外部供電相應(yīng)適配器推薦B:華為AP6050DN&AP6150DN推薦C:博科901-R500-WW003室外無線AP推薦A:思科AP38021、支持瘦AP工作模式，支持802.11ac協(xié)議。2、支持IEEE802.11acWave2規(guī)范，可在5GHz頻段提供1.3Tbps的數(shù)據(jù)率。3、雙頻AP，AP可在2.4GHz和5GHz頻段同時(shí)工作。(詳細(xì)技術(shù)要求，見第5項(xiàng)技術(shù)參數(shù))臺(tái)5提供100-240VAC外部供電相應(yīng)適配器推薦B:華為AP6610DN-AGN推薦C:博科T3014樓層交換機(jī)（POE供電）推薦A:思科2960XR1、三層交換機(jī)，固定式1U架構(gòu).2、實(shí)配10/100/1000電口≥24，且所有端口均支持POE供電，提供370WPOE供電3、實(shí)配4個(gè)千兆SFP接口。(詳細(xì)技術(shù)要求，見第5項(xiàng)技術(shù)參數(shù))臺(tái)6每臺(tái)交換機(jī)配備2對(duì)光釬模塊推薦B:華為S5700-24TP-PWR-SI推薦C:博科ICX6450-24P3.系統(tǒng)建設(shè)要求3.1項(xiàng)目建設(shè)要求設(shè)備接入：支持筆記本電腦，USB無線網(wǎng)卡，智能，WIFI，平板電腦，PDA手持終端等無線WIFI上網(wǎng)和通訊功能。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)：穩(wěn)定地瀏覽網(wǎng)頁(yè)，收發(fā)電子郵件，VOIP語音，在線視頻播放服務(wù)，視訊聊天，企業(yè)遠(yuǎn)程OA辦公等上網(wǎng)應(yīng)用。準(zhǔn)入認(rèn)證：支持強(qiáng)大的安全認(rèn)證接入方式，作為一個(gè)開放的無線網(wǎng)絡(luò)，無線接入支持WPA/WPA2-AES個(gè)人/企業(yè)應(yīng)用、802.11x，Radius服務(wù)器等多種加密認(rèn)證方式。支持多SSID功能，可以分配不同的用戶組，領(lǐng)導(dǎo)，管理人員，普通員工定制不同的加密認(rèn)證方式，訪問控制權(quán)限，而且滿足不同終端設(shè)備不同的安全等級(jí)。與現(xiàn)有的有線網(wǎng)絡(luò)互為補(bǔ)充，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)使用范圍，使本單位內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的接入部署更為靈活。3.2項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)劃?rùn)C(jī)房部分采用原有核心交換機(jī)+原有無線wifi交換機(jī)（井下無線通訊）+無線控制器+樓層交換機(jī)+AP的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；無線控制器部署在網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房，控制器與網(wǎng)絡(luò)核心、無線wifi。交換機(jī)的部署或旁掛或串接，但無論那種方式，都必須避免對(duì)現(xiàn)有線網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)造成變動(dòng)。通過無線控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)中AP集中控制與管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)的全面監(jiān)控與管理。3.2.2樓宇部分無線AP接入用樓層交換機(jī)放在每層樓的現(xiàn)有交換機(jī)機(jī)箱內(nèi)，便于交換機(jī)供電和集中管理，交換機(jī)優(yōu)先選用POE交換機(jī)，近端無線AP供電采用POE交換機(jī)供電，為了防止由于線路超遠(yuǎn)，無法實(shí)現(xiàn)POE供電，每層樓走廊內(nèi)必須單獨(dú)敷設(shè)一趟專用供電線路，不與其它線路共用，每臺(tái)無線AP安裝點(diǎn)需安裝一個(gè)電源墻插。無線AP與交換機(jī)連接網(wǎng)線均采用六類網(wǎng)線。所有無線AP零配置安裝，配置均由無線控制器下發(fā)。3.2.3線路路由無線主干網(wǎng)絡(luò)采用樹形結(jié)構(gòu)敷設(shè)，網(wǎng)絡(luò)核心機(jī)房在調(diào)度樓三樓，從核心主機(jī)房出來光纖到區(qū)隊(duì)辦公樓、西辦公樓、員工餐廳等地點(diǎn)的設(shè)計(jì)安裝點(diǎn)，通過光模塊直接接入各安裝點(diǎn)專用交換機(jī)光口，樓層交換機(jī)必須是帶有光口的三層管理交換機(jī)，室外AP接入采用就近接入或單獨(dú)敷設(shè)光纜接入。安裝地點(diǎn)為達(dá)到信號(hào)全覆蓋，每次共設(shè)計(jì)安裝無線AP42臺(tái)，具體安裝地點(diǎn)如下：調(diào)度樓共設(shè)計(jì)安裝8臺(tái)無線AP:（共3層）1層安裝3臺(tái)，安裝在干部澡堂和副井入井口，主要供上、下井人員wifi通訊使用；2層安裝3臺(tái)，分別安裝在調(diào)度會(huì)議室和調(diào)度臺(tái)；3層安裝3臺(tái)，主要安裝在自動(dòng)化辦公室、機(jī)房及工控機(jī)位。該樓設(shè)計(jì)1臺(tái)24口交換機(jī)。區(qū)隊(duì)辦公樓共設(shè)計(jì)安裝24臺(tái)無線AP：（共6層）由于區(qū)隊(duì)樓1-4層?xùn)|西走向比較長(zhǎng)，為了實(shí)現(xiàn)辦公區(qū)域信號(hào)全覆蓋，在每層安裝5臺(tái)；5-6樓，每層安裝2臺(tái)。該樓設(shè)計(jì)3臺(tái)24口交換機(jī)，每2層使用一臺(tái)交換機(jī)。員工餐廳設(shè)計(jì)安裝5臺(tái)無線AP：由于餐廳空間比較大，考慮到信號(hào)覆蓋問題，餐廳設(shè)計(jì)安裝2臺(tái)無線AP；小禮堂設(shè)計(jì)安裝2臺(tái)；領(lǐng)導(dǎo)餐廳設(shè)計(jì)安裝1臺(tái)。該區(qū)域設(shè)計(jì)1臺(tái)24口交換機(jī)。室外共設(shè)計(jì)5臺(tái)無線AP：室外無線AP分別安裝在區(qū)隊(duì)樓、調(diào)度樓、職工澡堂及員工餐廳樓頂，主要覆蓋工業(yè)廣場(chǎng)無線信號(hào)。3.3項(xiàng)目要求設(shè)備接入方面，必須實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)核心和無線通訊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完美對(duì)接。信號(hào)覆蓋方面，所有辦公區(qū)域設(shè)計(jì)安裝地點(diǎn)必須實(shí)現(xiàn)信號(hào)全覆蓋，且達(dá)到用戶方辦公使用需求，工業(yè)廣場(chǎng)信號(hào)強(qiáng)度必須達(dá)到wifi能正常通訊。本項(xiàng)目為交鑰匙工程，所有施工均有中標(biāo)方獨(dú)立完成，包括施工時(shí)的輔材均有中標(biāo)方自行提供。4.技術(shù)參數(shù)4.1無線控制器（思科CT5520、華為AC6605、博科901-R500-WW00任選其一）標(biāo)準(zhǔn)1U?？赏ㄟ^軟件方式升級(jí)，升級(jí)步長(zhǎng)≥1個(gè)AP，最大可支持不低于500個(gè)AP;本次配置50個(gè)AP授權(quán)。支持≥4個(gè)千兆10/1000/1000M以太網(wǎng)口。吞吐量≥20Gbps，AES-CCM加密吞吐量≥20Gbps。必須支持所有AP到控制器的控制信令及用戶數(shù)據(jù)全部以AES-CCM的方式加密傳輸至控制器，并且加密后控制器轉(zhuǎn)發(fā)能力不受影響。最大用戶數(shù)≥20000，最大用戶數(shù)并發(fā)≥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標(biāo)準(zhǔn)IETF5415CAPWAP協(xié)議。支持802.1x/EAP認(rèn)證，支持EAP-TLS、EAP-PEAP、EAP-TTLS，支持WEB認(rèn)證，并且可以自動(dòng)推送頁(yè)面。支持自動(dòng)無線資源管理功能，根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況自動(dòng)調(diào)節(jié)無線網(wǎng)絡(luò)射頻參數(shù)，下發(fā)至AP生效，并不影響AP正常接入性能。支持IPv4、IPv6。支持在同一個(gè)SSID下，不需要任何額外認(rèn)證設(shè)備配合，就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)SSID對(duì)應(yīng)一個(gè)VLAN組，一個(gè)VLAN組具有32個(gè)VLAN，控制器可以自動(dòng)將接入該SSID的無線接入用戶分配到該組中的不同VLAN中。要詳細(xì)描述實(shí)現(xiàn)方式并提供配置界面的截圖。支持MAC地址白名單，當(dāng)用戶的MAC地址在名單里時(shí)，直接允許用戶接入，不需要認(rèn)證。需要提供配置界面的截圖。支持Radius（是一個(gè)認(rèn)證連接的服務(wù)器）通訊接口，支持標(biāo)準(zhǔn)RadiusRFC協(xié)議，可以與第三方Radius互通，支持LDAP通訊接口，支持≥256個(gè)VLAN。在同一個(gè)SSID下，可以根據(jù)用戶的物理位置不同為用戶分配不同的VLAN并且不需要特定的外置服務(wù)器就能實(shí)現(xiàn)?？刂破髦С謱?duì)終端設(shè)備的識(shí)別，如iphone,ipad，android，windows，MACOS等設(shè)備類型，并可以針對(duì)不同的設(shè)備設(shè)置不同的安全訪問策略，VLAN，QoS（服務(wù)質(zhì)量）等。要求支持2、3層情況下，無線用戶在數(shù)據(jù)不加密以及WPA/WPA2加密情況下可以無縫漫游可結(jié)合采用獨(dú)立的ASIC（是一種專門設(shè)計(jì)的集成電路）芯片實(shí)現(xiàn)頻譜分析功能的AP,實(shí)現(xiàn)對(duì)低層頻譜的檢測(cè),,可以分析報(bào)告出2.4G及5G頻譜范圍內(nèi)的非WiFi設(shè)備干擾,可100%確定干擾源,包括2.4G跳頻攝像頭,無繩,藍(lán)牙,微波爐,2.4G跳頻基站或其他設(shè)備等。必須可以實(shí)現(xiàn)在提供用戶接入的同時(shí)進(jìn)行頻譜分析功能，根據(jù)分析，可以給出簡(jiǎn)單明了的空口質(zhì)量trap（誘騙、分離）信息，簡(jiǎn)化用戶排查故障的時(shí)間。支持非法AP、非法客戶端的發(fā)現(xiàn)、抑制功能；要求必須采用接入模式的AP做為非法AP的檢測(cè)、抑制設(shè)備，無需另外添加專門AP做為AP檢測(cè)設(shè)備，支持在AP在正常工作模式下，進(jìn)行rougeAP檢測(cè)和抑制，不影響用戶接入?？刂破髦С忠曨l組播功能,可將視頻組播流轉(zhuǎn)發(fā)至AP,由AP進(jìn)行視頻組播至單播的轉(zhuǎn)換,大大節(jié)省網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬，AP和控制器之間的帶寬不隨著AP下組播用戶的增加而增加。要提供第三方機(jī)構(gòu)測(cè)試結(jié)果。支持基于組播視頻的準(zhǔn)入控制能力,在AP接入視頻流能力不足的情況下,拒絕新組播用戶加入；支持對(duì)組播流進(jìn)行Qos優(yōu)化,保證高清組播視頻流的圖像質(zhì)量完全和通過有線網(wǎng)傳輸一致。支持統(tǒng)一控制器配置管理室內(nèi)AP、室外AP及Mesh接入點(diǎn)的能力（有線接入，可以理解為第三防設(shè)備接入端口）。支持遠(yuǎn)程HTTP、HTTPS配置管理，支持SNMPv1/v2/v3、Telnet、Console管理。室內(nèi)AP、室外AP及Mesh設(shè)備完全零配置操作，完全由控制器進(jìn)行統(tǒng)一配置。提供原廠授權(quán)和原廠三年服務(wù)承諾函原件。4.2室內(nèi)無線AP（思科AP1832、華為AP6050DN&AP6150DN、博科901-R500-WW00任選其一）支持瘦AP工作模式，支持802.11ac協(xié)議。支持IEEE802.11acWave2規(guī)范，可在5GHz頻段提供867Mbps的數(shù)據(jù)率。（須提供官網(wǎng)截屏及其鏈接證明）雙頻AP，AP可在2.4GHz和5GHz頻段同時(shí)工作。支持3x3MIMO（多變量控制系統(tǒng)）和2個(gè)空間流，支持多用戶MIMO。（須提供官網(wǎng)截屏及其鏈接證明）支持瘦AP標(biāo)準(zhǔn)IETF5415CAPWAP協(xié)議（無線接入點(diǎn)的控制和配置協(xié)議）。工作溫度：0-40度范圍；工作濕度：10%-90%。支持吸頂式或掛壁式安裝要求。內(nèi)置2.4G及5G天線,天線增益2.4G不小于3dBi，5G天線支持最不小于5dBi。提供千兆接口。每AP支持不少于6路高清視頻(8-10Mbps)可靠傳播；控制器和AP之間的鏈路帶寬利用率不會(huì)隨著同一組播組客戶端的增加而增加。支持遠(yuǎn)程抓包，可將遠(yuǎn)端AP的流量鏡像到本地的IP可達(dá)的終端設(shè)備上，供主流第三方的數(shù)據(jù)包分析工具分析無線數(shù)據(jù)。AP應(yīng)可以自動(dòng)地將支持雙頻的客戶端引導(dǎo)到5G頻段上，須詳細(xì)說明引導(dǎo)的機(jī)制。支持標(biāo)準(zhǔn)802.3afPoE供電，802.3at增強(qiáng)型PoE供電和支持100-240VAC外部供電。支持不少于16個(gè)BSSID。支持AP做為AES-CCM加解密節(jié)點(diǎn)。提供原廠授權(quán)和原廠三年服務(wù)承諾函原件。4.3室外無線AP（思科AP3802、華為AP6610DN-AGN、博科T301任選其一）支持瘦AP工作模式，支持802.11ac協(xié)議。支持IEEE802.11acWave2規(guī)范，可在5GHz頻段提供1.3Tbps的數(shù)據(jù)率。（須提供官網(wǎng)截屏及其鏈接證明）雙頻AP，AP可在2.4GHz和5GHz頻段同時(shí)工作。支持4x4MIMO和3個(gè)空間流，支持多用戶MIMO。（須提供官網(wǎng)截屏及其鏈接證明）支持瘦AP標(biāo)準(zhǔn)IETF5415CAPWAP協(xié)議。工作溫度：0-40度范圍；工作濕度：10%-90%。內(nèi)置2.4G及5G天線,天線增益2.4G不小于3dBi，5G天線支持最不小于5dBi。每AP支持不少于6路高清視頻(8-10Mbps)可靠傳播；控制器和AP之間的鏈路帶寬利用率不會(huì)隨著同一組播組客戶端的增加而增加。支持遠(yuǎn)程抓包，可將遠(yuǎn)端AP的流量鏡像到本地的IP可達(dá)的終端設(shè)備上，供主流第三方的數(shù)據(jù)包分析工具分析無線數(shù)據(jù)。AP應(yīng)可以自動(dòng)地將支持雙頻的客戶端引導(dǎo)到5G頻段上，須詳細(xì)說明引導(dǎo)的機(jī)制。支持標(biāo)準(zhǔn)802.3afPoE供電，802.3at增強(qiáng)型PoE供電和支持100-240VAC外部供電。工作溫度：-40-60℃。工作濕度：0%-100%RH（不凝結(jié)）防水等級(jí)：IP67。可同時(shí)在線的用戶數(shù)：≤128。提供原廠授權(quán)和原廠三年服務(wù)承諾函原件。4.4POE交換機(jī)（思科2960XR、華為S5700-24TP-PWR-SI、博科ICX6450-24P任選其一）三層交換機(jī)，固定式1U架構(gòu)。交換容量≥200Gbps。包轉(zhuǎn)發(fā)率≥70mpps。支持內(nèi)置的冗余電源。支持IEEE802.3azEEE節(jié)能以太網(wǎng)。實(shí)配10/100/1000電口≥24，且所有端口均支持POE供電，提供370WPOE供電。實(shí)配4個(gè)千兆SFP接口。要求所有接口可以同時(shí)使用，Combo接口按照一個(gè)計(jì)算。支持并提供靜態(tài)路由、RIPv2/NG、OSPFv2/v3等路由功能。支持并提供Netflow/Netstream功能。支持堆疊，使用專用堆疊口，不占用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)端口?？蓪?duì)堆疊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，最大堆疊臺(tái)數(shù)≥8，堆疊帶寬≥80Gbps，支持堆疊內(nèi)跨機(jī)箱的鏈路捆綁。支持802.1QTrunk、支持802.1p優(yōu)先級(jí)。支持IPv6、支持策略路由、支持IGMP協(xié)議。支持IGMPSnooping(v1,v2,v3)、支持IGMP過濾Filtering、支持IPv6MLDv1和v2Snooping。支持跨VLAN組播復(fù)制。支持安全控制列表ACL。支持端口安全。支持PVLAN?？煞烙鵄RP欺騙、可防御IP地址欺騙。支持802.1x認(rèn)證、支持802.1x認(rèn)證MAC地址過濾、支持網(wǎng)絡(luò)接入認(rèn)證、支持Web認(rèn)證、支持802.1x對(duì)交換機(jī)的認(rèn)證。支持靈活的、多種接入身份認(rèn)證組合。支持對(duì)單播、組播和廣播風(fēng)暴的控制。支持RADIUS和TACACS+認(rèn)證。支持本地管理用戶口令認(rèn)證和集中管理用戶口令認(rèn)證。須支持Telnet、SSH和Web管理。提供帶外網(wǎng)管口。支持USB管理接口。支持遠(yuǎn)程端口鏡像。支持交換機(jī)休眠模式。支持智能電源管理，設(shè)備能夠自動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)整端口用電狀態(tài)以節(jié)約能耗，并且可以提供開放接口和開發(fā)工具包集成進(jìn)第三方網(wǎng)管系統(tǒng)。5.企業(yè)資質(zhì)要求5.1企業(yè)系統(tǒng)集成資質(zhì)要求：投標(biāo)單位需具備計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)集成二級(jí)及以上資質(zhì)，需具備軟件產(chǎn)品登記證書。5.2系統(tǒng)集成項(xiàng)目案例要求：投標(biāo)單位在其他單位成功實(shí)施的類似不低于100萬系統(tǒng)集成項(xiàng)目，不低于3個(gè)。5.3企業(yè)注冊(cè)資金要求：投標(biāo)人注冊(cè)資金不得低于2000萬元人民幣。6.質(zhì)量及驗(yàn)收要求所有產(chǎn)品必須有質(zhì)量檢驗(yàn)合格證，產(chǎn)品使用不足一年出現(xiàn)非人為損壞，必須免費(fèi)更換。7.安裝、調(diào)試要求安裝過程中，公司技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)安裝并負(fù)責(zé)產(chǎn)品調(diào)試。8.服務(wù)及質(zhì)保要求8.1質(zhì)保期為設(shè)備安裝調(diào)試結(jié)束，試運(yùn)行合格并通過驗(yàn)收后12個(gè)月。8.2系統(tǒng)正常運(yùn)行后，如出現(xiàn)技術(shù)和質(zhì)量問題，接到甲方通知后，2小時(shí)內(nèi)做出回應(yīng)技術(shù)人員24小時(shí)內(nèi)到現(xiàn)場(chǎng)處理。8.3如有未盡其他事宜，以甲方現(xiàn)場(chǎng)要求為主。9.資料準(zhǔn)備要求9.1施工方必須施工結(jié)束測(cè)試之前必須準(zhǔn)備好，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，設(shè)備配置表、培訓(xùn)技術(shù)資料、施工日志等資料。9.2施工方出具與本項(xiàng)目相關(guān)的系統(tǒng)集成資質(zhì)及相關(guān)業(yè)績(jī)。認(rèn)知無線電頻譜分配技術(shù)及其應(yīng)用分析摘要近年來，隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，頻譜資源的使用日趨頻繁，整個(gè)無線電頻譜空間被劃分的所剩無幾。然而，從一些研究結(jié)果可以看到，頻譜資源的缺乏更多是由于對(duì)不同無線接入技術(shù)的頻譜分配不合理引起的。認(rèn)知無線電技術(shù)在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生，它能夠主動(dòng)檢測(cè)頻譜使用情況，自適應(yīng)的改變自身通信參數(shù)，擇機(jī)的選擇主用戶暫不使用的頻段進(jìn)行通信，具有靈活、頻譜利用率高等優(yōu)點(diǎn)。但是，對(duì)頻譜的靈活應(yīng)用要求認(rèn)知無線電系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的檢測(cè)并動(dòng)態(tài)的分配頻譜資源，其間還要為主用戶的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)退避和切換功能，因此，頻譜分配問題是認(rèn)知無線電無線資源管理中的核心問題之一。目前，對(duì)認(rèn)知無線電中的頻譜分配問題研究已較為廣泛，出現(xiàn)了基于圖論理論等頻譜分配問題模型，但是本領(lǐng)域的研究還剛剛開始。本文首先對(duì)CR和頻譜分配做簡(jiǎn)要介紹，主要闡述認(rèn)知無線電的基本原理、功能，另外，著重介紹了認(rèn)知無線電中頻譜分配技術(shù)。然后，對(duì)頻譜分配問題模型進(jìn)行分析和比較，最后介紹CR在頻譜分配的應(yīng)用，并對(duì)結(jié)論和發(fā)展進(jìn)行簡(jiǎn)單敘述。關(guān)鍵詞：認(rèn)知無線電、頻譜分配、圖論理論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目錄摘要 2Abstract 3第一章CR現(xiàn)狀及頻譜分配的研究現(xiàn)狀 41.1CR的現(xiàn)狀 51.2頻譜分配的現(xiàn)狀 6第二章CR基本原理和頻譜分配技術(shù)分析介紹 82.1認(rèn)知無線電的基本概念 82.2認(rèn)知無線電頻譜分配原理 92.3頻譜分配的特點(diǎn) 11第三章CR頻譜分配方案分析及比較 153.1認(rèn)知無線電頻譜分配問題模型介紹 153.2基于圖論著色模型的現(xiàn)有算法 193.3頻譜分配算法的比較 26第四章CR頻譜分配的應(yīng)用 284.1應(yīng)用場(chǎng)景 284.2CR典型應(yīng)用 29第5章結(jié)論與展望 34致謝 35參考文獻(xiàn) 36第一章CR現(xiàn)狀及頻譜分配的研究現(xiàn)狀在當(dāng)今的這個(gè)社會(huì)快速發(fā)展的信息時(shí)代，隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展及無線業(yè)務(wù)的逐漸擴(kuò)展，可用的頻譜資源越來越少。日益增加的無線電用戶的使用，使得頻譜資源越來越緊張，而現(xiàn)階段使用到的頻譜只占所有可用頻譜的2%到6%，因此，使用下一代無線服務(wù)所需的可用頻譜并不短缺?，F(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中使用頻譜資源的分配是由無線電管理機(jī)構(gòu)確定的，目前采用的是基于靜態(tài)固定定頻帶分配是當(dāng)前頻譜資源短缺的主要原因之一。而在低于3GHz的頻譜的分配和使用過程中發(fā)生過激烈的競(jìng)爭(zhēng)，于此同時(shí)在高于3GHz的頻譜利用情況上卻表現(xiàn)出明顯不同，然而我們從時(shí)域和空域的兩種角度看，還是有很多未被充分利用的空白頻段。實(shí)際上，現(xiàn)在大多數(shù)頻域中頻譜資源利用率仍然很低，據(jù)美國(guó)權(quán)威機(jī)構(gòu)測(cè)定，已經(jīng)分配的頻譜資源中有70%以上沒有得到充分的利用，這個(gè)數(shù)據(jù)顯然和當(dāng)前廣泛關(guān)注的頻譜資源短缺相互矛盾，因此，我們需要有一種可以解決的方法使它可以動(dòng)態(tài)管理頻譜，而認(rèn)知無線電就是被認(rèn)為是一種現(xiàn)階段解決方案。CR的現(xiàn)狀CR技術(shù)對(duì)現(xiàn)存的無線頻譜固定分配制度提出了挑戰(zhàn)。對(duì)此一些頻譜管制部門如FCC和英國(guó)通信辦公室（Ofcom，OfficeofCommunications）等給予了積極的支持。2002年12月，F(xiàn)CC指出非授權(quán)設(shè)備應(yīng)具備能夠識(shí)別未占用頻段的能力；2003年11月，F(xiàn)CC提出新的量化和管理干擾的指標(biāo)值——干擾溫度的概念，以擴(kuò)展移動(dòng)動(dòng)和衛(wèi)星頻段的非授權(quán)操作；同年12月FCC成立了CR工作組，明確表示支持CR并修正了美國(guó)的《電波法》；2004年5月，F(xiàn)CC又建議非授權(quán)無線電可在TV廣播頻段內(nèi)操作。與此同時(shí)，Ofcom也將CR引入其近期的頻譜框架概述報(bào)告書中。在頻譜政策管制部門的帶動(dòng)下，一些標(biāo)準(zhǔn)化組織接納了CR并先后制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)以推動(dòng)該技術(shù)的發(fā)展。IEEE802.22工作組對(duì)基于CR的無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（WRAN，WirelessRegionalRreaNetwork）的空中接口標(biāo)準(zhǔn)正在制定中，目標(biāo)是將分配給電視廣播的VHF/UHF頻帶的空閑頻道有效利用作為寬帶訪問線路；IEEE802.16第h任務(wù)小組通過增強(qiáng)鏈路路層的感知和協(xié)調(diào)能力包括基站間協(xié)議來實(shí)現(xiàn)基于WiMAX的非授權(quán)系統(tǒng)及其與授權(quán)系統(tǒng)之間的共存和互通；IEEE802.11第h和k任務(wù)小組分別通過增強(qiáng)動(dòng)態(tài)信道選擇和發(fā)送功率控制機(jī)制以及增強(qiáng)射頻譜資源測(cè)量機(jī)制等來實(shí)現(xiàn)與其它免授權(quán)系統(tǒng)的共存；IEEE1900標(biāo)準(zhǔn)組也在進(jìn)行與下一代無線通信技術(shù)和高級(jí)頻譜管理技術(shù)相關(guān)的電磁兼容研究。目前軟件無線電論壇的CR工作組主要致力于開展CR平臺(tái)的分析和多模式調(diào)整功能的研究。此外，TIU-R于2006年3月提出一項(xiàng)新的建議，將CR單獨(dú)設(shè)為一個(gè)課題進(jìn)行研究，說明ITU也已經(jīng)充分認(rèn)識(shí)到CR技術(shù)在未來通信發(fā)展中的重要意義。1.2頻譜分配的現(xiàn)狀目前隨著無線通信業(yè)務(wù)需求的快速增長(zhǎng)，可用頻譜資源變得越來越稀缺。人們通過采用先進(jìn)的無線通信理論和技術(shù)，如鏈路自適應(yīng)技術(shù)、多天線技術(shù)等努力提高頻譜效率的同時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)全球授權(quán)頻段，尤其是信號(hào)傳播特性比較好的低頻段的頻譜利用率極低。以美國(guó)為例，美國(guó)聯(lián)邦委員會(huì)（FCC，F(xiàn)ederalCommunicationsCommission）的大量研究報(bào)告說明頻譜的利用情況極不平衡，一些非授權(quán)頻段占用擁擠，而有些授權(quán)頻段則經(jīng)常空閑[1]。來自美國(guó)國(guó)家無線電網(wǎng)絡(luò)研究實(shí)驗(yàn)床（NRNRT，NationalRadioNetworkResearchTestbed）項(xiàng)目的一份測(cè)量報(bào)告表明3GHz以下頻段的平均頻譜利用率僅有5.2%[2]。因此近幾年來，能夠?qū)Σ豢稍偕念l譜資源實(shí)現(xiàn)再利用的頻譜共享技術(shù)受到了人們的廣泛關(guān)注?，F(xiàn)有的頻譜共享技術(shù)，如工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)用（ISM，Industrial，Scientific，andMedical）頻段開放接入、工作于3GHz~10GHz頻段的超寬帶（UWB，Ultra-WideBand）系統(tǒng)與傳統(tǒng)窄帶系統(tǒng)共存等技術(shù)通常應(yīng)用于固定頻段的共享，或受限于發(fā)送功率的短距離通信。這些技術(shù)在提高頻譜利用率的同時(shí)卻增加了干擾，限制了通信系統(tǒng)的容量和靈活性。認(rèn)知無線電[3]種更只能的頻譜共享技術(shù)，能夠依靠人工智能的支持，感知無線通信環(huán)境，根據(jù)一定的學(xué)習(xí)和決策算法，實(shí)時(shí)自適應(yīng)地改變系統(tǒng)工作參數(shù)，動(dòng)態(tài)的檢測(cè)和有效地利用空閑頻譜，理論上允許在時(shí)間、頻率以及空間上進(jìn)行多維的頻譜復(fù)用。這將大大降低頻譜和帶寬的限制對(duì)無線技術(shù)發(fā)展的束縛。出于CR網(wǎng)絡(luò)中用戶對(duì)帶寬的需求、可用信道的數(shù)量和位置都是隨時(shí)變化的，傳統(tǒng)無線蜂窩一定通信系統(tǒng)動(dòng)態(tài)頻譜分配方法不完全適用。另外要實(shí)現(xiàn)完全動(dòng)態(tài)頻譜分配（FullyDSA）受到很多政策、標(biāo)準(zhǔn)及接入?yún)f(xié)議的限制。因此目前基于CR的DSA的研究主要基于頻譜共享池（SpectrumPooling）這一策略。頻譜共享池的基本思想是將一部分分配給不同業(yè)務(wù)的頻譜合并成一個(gè)公共的頻譜池，并將整個(gè)頻譜池劃分為若干個(gè)子信道，因此信道是頻譜分的基本單位。基于頻譜共享池策略的DSA是以最大化信道利用率為主要目標(biāo)同時(shí)考慮干擾的最小化和接入的公平性。同時(shí)很多研究以圖著色理論為工具豐富了認(rèn)知無線電DSA領(lǐng)域。Wang和Liu提出了以圖著色理論對(duì)認(rèn)知無線電頻譜分配問題進(jìn)行建模并提出了近似最優(yōu)化的頻譜分配算法[8]，Peng和Zheng等人相繼提出來標(biāo)簽機(jī)制，可區(qū)分用戶的優(yōu)先級(jí)，相對(duì)于經(jīng)典的頻譜分配算法得到50%的性能改善[2]；Cao等人提出的本地討價(jià)還價(jià)（LocalBargaining）算法，采用公平的業(yè)務(wù)保證機(jī)制，可提供文獻(xiàn)[1]和[2]中相近的性能，但明顯降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性[3]。雖然這些方法都取得了一些進(jìn)步，但這些基于合作的方法為了共享相鄰用戶頻繁交換的協(xié)作信息，需要公共的協(xié)調(diào)協(xié)議和通信鏈路，必然會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和額外開銷。這對(duì)于能量受限的通信系統(tǒng)，如AdHoc、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等并不適用。針對(duì)以上問題，Zheng等人提出了基于設(shè)備的頻譜管理（相對(duì)于基于政策的頻譜管理）方案[4]。其基本思路是用戶通過觀察本地干擾碼型，依據(jù)預(yù)先設(shè)定的適用于不同場(chǎng)景的規(guī)則獨(dú)立決策選擇信道，從而使系統(tǒng)的性能、復(fù)雜度和通信成本取得折衷，因此該方法也稱為基于規(guī)則的方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明相對(duì)于合作方法，這種基于規(guī)則的方法可在提供相同通信性能的前提下將通信成本降低3~4倍。無論是基于合作的方法還是基于規(guī)則的方法，大多是用來解決多個(gè)CR用戶直接如何選擇頻譜以最大化利用率的問題。而當(dāng)授權(quán)用戶再次出現(xiàn)時(shí)也需考慮其信道選擇的方案。Capar等人在該領(lǐng)域做了初步探索。他們基于排隊(duì)論模型提出了兩種接入方案[5]：具有控制信道的分配和無控制信道的分配。前者是只要頻譜池有空閑的子信道，授權(quán)用戶就可以選擇空閑信道而不中斷CR用戶的通信：后者是授權(quán)用戶并不考慮用戶是否占用信道，只需要就占用原信道。這兩種方案中，帶寬利用率和阻塞率無明顯差別，而無控制信道的分配方案的強(qiáng)制中斷率比較高，可采用智能調(diào)度算法來降低。第二章CR基本原理和頻譜分配技術(shù)分析介紹2.1認(rèn)知無線電的基本概念對(duì)于認(rèn)知無線電的定義有不同的觀點(diǎn)，一下定義是作者在以Mitola為首的瑞典皇家學(xué)院、以Rieser為首的維吉尼亞技術(shù)中心和FCC的觀點(diǎn)的基礎(chǔ)上，并結(jié)合自己長(zhǎng)期的課題研究經(jīng)驗(yàn)提出的：認(rèn)知無線電可感知無線通信環(huán)境、并可根據(jù)一定的學(xué)習(xí)決策算法，實(shí)時(shí)、自適應(yīng)地改變系統(tǒng)工作參數(shù)。它有兩個(gè)目標(biāo)：有效地提高頻譜利用率有效地提高通信的可靠性JohnNotor認(rèn)為軟件無線電（SoftwareDefinedRadio,SDR）不是CR實(shí)現(xiàn)的必然條件，CR也不是SDR的發(fā)展，它們之間是重疊關(guān)系[7]。概括來說，認(rèn)知無線電是一種能夠依靠人工智能的支持，感知無線通信環(huán)境，根據(jù)一定的學(xué)習(xí)和決策算法，實(shí)時(shí)、自適應(yīng)地改變系統(tǒng)工作參數(shù)，動(dòng)態(tài)地檢測(cè)和有效地利用空閑頻譜的無線電[8]。無線信道環(huán)境無線信道環(huán)境發(fā)射功率控制頻譜資源管理無線信分析信道狀態(tài)估計(jì)預(yù)測(cè)建模發(fā)射信號(hào)RF檢測(cè)空閑信道信道容量干擾溫度發(fā)射機(jī)接收機(jī)圖2-1認(rèn)知無線電認(rèn)知循環(huán)模型圖2-1描述了認(rèn)知無線電認(rèn)知循環(huán)模型，可以看出，認(rèn)知無線電系統(tǒng)通過分析外部環(huán)境提供的激勵(lì)來認(rèn)識(shí)它通信的任務(wù)內(nèi)容，然后對(duì)接收和發(fā)送的內(nèi)容進(jìn)行分析，再選擇合適的解決方式，目的是為了實(shí)現(xiàn)通信的高可靠性和頻譜的高利用率。由于認(rèn)知無線電技術(shù)尚處于起步階段，對(duì)于該技術(shù)的主要功能還處于討論過程中。從比較完整的意義上一般認(rèn)為，認(rèn)知無線電系統(tǒng)應(yīng)該具備檢測(cè)、分析、調(diào)整等能力[9]。事實(shí)上，這些具體功能就是一個(gè)認(rèn)知循環(huán)的主要組成部分。（1）檢測(cè)由特殊應(yīng)用環(huán)境所決定，認(rèn)知無線電必須具備精確的無線頻譜檢測(cè)能力，必須在可使用的全頻段范圍內(nèi)維度進(jìn)行頻譜檢測(cè)，從而發(fā)現(xiàn)可使用的頻段。由于是免許可使用，認(rèn)知無線電必須具備迅速發(fā)現(xiàn)住用戶的能力，在工作過程中時(shí)刻檢測(cè)住用戶是否處于活動(dòng)狀態(tài)，從而確保不對(duì)其產(chǎn)生干擾。（2）分析認(rèn)知分析包括對(duì)自身性能、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部狀態(tài)、外部相關(guān)數(shù)據(jù)（包括頻譜使用、策略使用等）和用戶自身需求等相關(guān)知識(shí)的分析。如果說檢測(cè)是信息的獲取，那么分析就是對(duì)相關(guān)信息的初步處理。認(rèn)識(shí)無線電設(shè)備通過所獲取的頻譜檢測(cè)結(jié)果分析主用戶的位置、使用的頻點(diǎn)和發(fā)射時(shí)間，同時(shí)分析可用頻點(diǎn)位置、可用帶寬、信道狀況、自身傳輸可能會(huì)對(duì)其他用戶產(chǎn)生的影響以及完成業(yè)務(wù)傳輸所需的帶寬和時(shí)間等等。(3)調(diào)整調(diào)整能力是完成傳輸?shù)年P(guān)鍵，根據(jù)檢測(cè)和分析的相關(guān)結(jié)果，認(rèn)知無線電設(shè)備通過先進(jìn)的功率控制技術(shù)、不同的編碼以及雕制技術(shù)，選擇合適的頻點(diǎn)和發(fā)射時(shí)機(jī)，從而成功地完成傳輸。這就要求認(rèn)知無線電設(shè)備能夠在較寬的頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)不同傳輸方案之間的切換，并且在突發(fā)事件發(fā)生后能夠及時(shí)暫?；蚧謴?fù)傳輸，確保在不干擾首要用戶的情況下獲取最大限度的傳輸能力。2.2認(rèn)知無線電頻譜分配原理認(rèn)知無線電的頻譜分配與其它通信系統(tǒng)分配具有很多共同的特性，但由于認(rèn)知無線電自身?yè)駲C(jī)借用戶頻譜的特點(diǎn)，其頻譜分配也必須滿足一些特殊的要求，具體的頻譜分配原理有如下：（1）保證靈活性。認(rèn)知無線電是能夠檢測(cè)可用頻譜資源，擇機(jī)的借用主用戶頻譜進(jìn)行通信的無線電。因此，可用頻譜的必須實(shí)時(shí)更新，而一旦主用戶恢復(fù)對(duì)某段頻譜空間的使用，認(rèn)知用戶就必須在較短時(shí)間內(nèi)退出該頻段，選擇其它的頻段進(jìn)行通信。這樣一來，認(rèn)知無線電中的頻譜分配技術(shù)區(qū)別與其它無線通信頻譜分配的最主要特點(diǎn)就是保證靈活性[10]。認(rèn)知無線電任何頻譜分配技術(shù)的研究都要有較強(qiáng)的頻譜退避和轉(zhuǎn)換功能，而由于可用頻譜信息的不斷更新，相應(yīng)的頻譜分配算法也必須滿足實(shí)時(shí)性的要求。（2）提高系統(tǒng)性能。頻譜分配技術(shù)的主要目的是對(duì)可用頻譜空間進(jìn)行合理的分配，使得系統(tǒng)性能得到改善或逼近于最優(yōu)狀態(tài)。根據(jù)不同應(yīng)用需要，某個(gè)認(rèn)知系統(tǒng)對(duì)性能發(fā)要求也可能不一樣。比如最小化系統(tǒng)干擾為目的、以提高頻譜分配公平性為目標(biāo)、以最大化系統(tǒng)吞吐量為目標(biāo)等等。我們可以根據(jù)不同的系統(tǒng)應(yīng)用需要，提出不同的算法目標(biāo)函數(shù)，以此指導(dǎo)頻譜分配算法的設(shè)計(jì)。（3）減少信令開銷和計(jì)算量。頻譜分配算法的設(shè)計(jì)無疑需要一定的算法信令傳輸并占用一定的計(jì)算時(shí)間，這些都可看成分配功能，因此，頻譜分配算法的設(shè)計(jì)必須考慮用戶間以及用戶與中心控制器之間控制信令的雜程度，分布于用戶或者中心控制器上的算法計(jì)算量也是需要考慮的一個(gè)問題?？傊J(rèn)知無線電的頻譜分配具有一定的普遍性和特殊性，在我們?cè)O(shè)計(jì)頻譜分配算法時(shí)必須充分給予充分考慮，滿足以上所列的設(shè)計(jì)原則。頻譜分配的基礎(chǔ)在認(rèn)知無線電中，為了解決頻譜資源的匱乏和目前固定分配頻譜利用率較低的問題，就要求扎到更有效的方法來充分感知和利用無線頻譜資源?；就緩接袃蓷l：其一，提高頻譜利用率，將已授權(quán)用戶的頻譜資源充分利用，減少浪費(fèi)；其二，提高系統(tǒng)通信效率，將已獲得的頻譜資源和其他資源綜合優(yōu)化分配，進(jìn)而提高利用率，這些都涉及到頻譜分配的內(nèi)容[13]。頻譜分配是指根據(jù)需要接入系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目及其服務(wù)要求將頻譜分配給一個(gè)或多個(gè)指定節(jié)點(diǎn)。頻譜分配策略的選擇直接決定系統(tǒng)容量、頻譜利用率以及能否滿足用戶因不同業(yè)務(wù)而不斷變化的需求。在無線蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，信道分配技術(shù)主要有3類：固定信道分配（FCA，F(xiàn)ixedChannelAllocation）、動(dòng)態(tài)信道分配（DCA,DynamicChannelAllocation）以及隨即信道分配（RCA，RandomChannelAllocation）。FCA的優(yōu)點(diǎn)是信道管理容易，信道間干擾易于控制，缺點(diǎn)是信道無法最佳化使用，頻譜信道效率低，而且各接入系統(tǒng)間的流量無法統(tǒng)一控制從而會(huì)造成頻譜浪費(fèi)，有必要使用動(dòng)態(tài)信道分配，并配合各系統(tǒng)間做流量整合控制，以提高頻譜信道使用效率。FCA算法為使蜂窩網(wǎng)絡(luò)可以隨流量的變化而變化提出了信道借用方案（CBS，Channelborrowingscheme），如信道預(yù)定借用和方向信道鎖定借用。信道借用算法的思想是將鄰居蜂窩不用的信道用到本蜂窩中，以達(dá)到資源的最大利用。DCA根據(jù)不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)可以劃分為不同的分配算法。通常將DCA算法分為兩類：集中式DCA和分布式DCA。集中式DCA一般位于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的高層無線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC，RadioNetworkController），由RNC收集基站（BS，BaseStation）和移動(dòng)站（MS，MobileStation）信道分配信息，分布式DCA則由本地決定信道資源的分配，這樣可以大大減少RNC控制的復(fù)雜性，該算法需要對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)有很好的了解。根據(jù)DCA的不同特點(diǎn)可以將DCA算法分為以下3種：流量自適應(yīng)信道分配、再用劃分信道分配以及基于干擾動(dòng)態(tài)信道分配算法等。DCA算法還有基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的DCA和基于時(shí)隙打分（TSC,Timeslotscoring）的DCA。最大打包（MP，MaximumPacking）算法是不同于FCA和DCA算法的另一類信道分配算法。RCA是為減輕靜態(tài)信道中較差的信道環(huán)境（深衰落）而隨機(jī)改變呼叫的信道，因此每信道改變的干擾可以獨(dú)立考慮。為使糾錯(cuò)編碼和交織技術(shù)取得所需的QoS，需要通過不斷地改變信道以獲得足夠高的信噪比。2.3頻譜分配的特點(diǎn)頻譜資源頻譜空穴是指分配給授權(quán)用戶但是在特定時(shí)間和地理位置授權(quán)用戶部分或全部未利用的特定頻帶。由于授權(quán)用戶在時(shí)域的多樣性需求，使得頻譜空穴不僅在時(shí)間上是動(dòng)態(tài)變化的，而且依賴于授權(quán)用戶的地理位置，是一種不確定的資源。頻譜空穴可由物理層檢測(cè)、租借等多種方式獲得。與傳統(tǒng)無線通信相比，頻譜空穴提出了一種新的自由度。頻譜分配的本質(zhì)頻譜空穴的新的自由度就決定了認(rèn)知無線電必須采取動(dòng)態(tài)頻譜分配（DSA，DynamicSpectrumAllocation）才能夠通過識(shí)別頻譜空穴實(shí)現(xiàn)CR用戶與授權(quán)用戶的頻譜共享。認(rèn)知無線電在為CR用戶進(jìn)行動(dòng)態(tài)頻譜分配時(shí)必須滿足以下兩個(gè)條件：實(shí)際的CR系統(tǒng)不對(duì)授權(quán)用戶造成有害干擾在滿足授權(quán)用戶允許承受干擾能力的條件下存在實(shí)際可用的CR系統(tǒng)因此這種機(jī)會(huì)接入頻譜的特性決定了認(rèn)知無線電動(dòng)態(tài)頻譜分配的本質(zhì)就是受限的頻譜分配問題，即在CR用戶可用頻譜根據(jù)授權(quán)用戶占用情況動(dòng)態(tài)變化的條件下，確定哪些CR用戶可以接入網(wǎng)絡(luò)并如何協(xié)調(diào)這些CR用戶優(yōu)化頻譜分配。頻譜分配技術(shù)的分類對(duì)頻譜資源的分配往往需要考慮系統(tǒng)的應(yīng)用需要以及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，我們對(duì)不同的頻譜分配技術(shù)按性質(zhì)進(jìn)行分類，具體如下：按分配方式分類頻譜分配技術(shù)按分配方式分類一般分為靜態(tài)頻譜分配、動(dòng)態(tài)頻譜分配和混合式頻譜分配。靜態(tài)頻譜分配是指按固定的頻譜分配表將頻譜分配給系統(tǒng)內(nèi)各用戶，用戶不能按自身需要改變可獲得的頻譜資源，這種方式較為簡(jiǎn)單，系統(tǒng)開銷小，但分配不靈活，不能滿足用戶不斷變化的需求。動(dòng)態(tài)頻譜分配是指系統(tǒng)能夠通過一個(gè)自適應(yīng)策略有效地（高效率以及可實(shí)施）利用頻譜資源，滿足不同用戶對(duì)頻譜資源的需求，增大系統(tǒng)容量，提高頻譜利用率?；旌鲜筋l譜分配是指靜態(tài)頻譜分配與動(dòng)態(tài)頻譜分配相結(jié)合的方式，既保持了靜態(tài)分配的特點(diǎn)，又不失去靈活性。在認(rèn)知無線電中，頻譜分配算法設(shè)計(jì)要求以對(duì)可用頻譜的檢測(cè)以及發(fā)射功率控制的要求為基礎(chǔ)，選擇適應(yīng)無線環(huán)境時(shí)間裱畫特征的頻譜分配策略，因此，認(rèn)知無線電中的頻譜分配以動(dòng)態(tài)頻譜分配為主。利用動(dòng)態(tài)頻譜分配可以提高無線通信的靈活性、信道使用效率，可使主用戶和次用戶之間避免沖突并公平共享頻譜。按網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分類頻譜分配技術(shù)按網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分類可分為：集中式頻譜分配和分布式頻譜分配。集中式頻譜分配指網(wǎng)絡(luò)小區(qū)中存在一中心實(shí)體（如基站等），完成對(duì)小區(qū)各用戶的頻譜分配。在認(rèn)知無線電中，要求小區(qū)用戶能夠周期性的檢測(cè)可用頻譜，將檢測(cè)結(jié)果報(bào)告中心實(shí)體，中心實(shí)體由此生成頻譜分配表完成頻譜的分配。分布式頻譜分配指網(wǎng)絡(luò)小區(qū)采用分布式結(jié)構(gòu)，無中心控制節(jié)點(diǎn)，小區(qū)中每一個(gè)用戶都參與可用頻譜的檢測(cè)和頻譜的分配工作，頻譜分配結(jié)果與節(jié)點(diǎn)采用的策略有關(guān)。認(rèn)知無線電按其自身網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可采用集中式頻譜分配方式或分布式頻譜分配方式，目前針對(duì)兩種方式的研究都較多成績(jī)。按合作方式分類頻譜分配技術(shù)按合作方式可分為：合作式頻譜分配與非合作式頻譜分配。合作式頻譜分配指小區(qū)中各節(jié)點(diǎn)互相合作，節(jié)點(diǎn)的頻譜分配策略不僅考慮本節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用需求，還考慮此策略對(duì)其他用戶造成的影響[11]。因此，集中式頻譜分配都屬于合作式分配方式，當(dāng)然，在分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中也存在合作式的頻譜分配。非合作式頻譜分配指節(jié)點(diǎn)的頻譜分配策略只考慮節(jié)點(diǎn)本身的需要，這類用戶可定義為自私用戶，在這類分配方式下，系統(tǒng)的頻譜利用率較之合作式分配方式會(huì)有所下降。認(rèn)知無線電中采用不同合作方式的頻譜分配技術(shù)主要取決于關(guān)鍵算法的需要以及對(duì)系統(tǒng)性能的。綜合以上所述，列出表2-1表2-1頻譜分配的特點(diǎn)頻譜分配技術(shù)的分類特點(diǎn)按分配方式分類靜態(tài)頻譜分配這種方式較比簡(jiǎn)單，系統(tǒng)開銷小，分配不靈活，不能滿足用戶不斷變化的需求。動(dòng)態(tài)頻譜分配自適應(yīng)的利用頻譜資源，可以滿足不同用戶的需求，增大系統(tǒng)容量，提高頻譜利用率?；旌鲜筋l譜分配是靜態(tài)和動(dòng)態(tài)頻譜分配相結(jié)合的方式，既保持了靜態(tài)分配的特點(diǎn)，又不失去靈活性。按網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分類集中式頻譜分配以實(shí)體為中心，完成對(duì)小區(qū)各用戶的頻譜分配。分布式頻譜分配無中心控制節(jié)點(diǎn)，頻譜分配結(jié)果與節(jié)點(diǎn)采用的策略有關(guān)。按合作方式分類合作式頻譜分配小區(qū)中各節(jié)點(diǎn)相互合作，節(jié)點(diǎn)的頻譜分配策略不僅考慮本節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用需求，還考慮此策略對(duì)其他用戶造成的影響。非合作式頻譜分配節(jié)點(diǎn)的頻譜分配策略只考慮節(jié)點(diǎn)本身的需要，這類用戶可定義為自私用戶，在這類分配方式下，系統(tǒng)的頻譜利用率較之合作式分配方式會(huì)有所下降。第三章CR頻譜分配方案分析及比較3.1認(rèn)知無線電頻譜分配問題模型介紹頻譜分配的問題在運(yùn)用博弈論解決頻譜分配問題時(shí)，Nie沒有考慮授權(quán)用戶的存在，使其頻譜分配算法的適用性受限；基于圖著色理論的頻譜分配算法基本都是在信道權(quán)值權(quán)值歸一化的條件下提出的，對(duì)于實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)無能為力，并且這些算法是以網(wǎng)絡(luò)整體吞吐量和公平性為目標(biāo)的，沒有考慮到單獨(dú)CR用戶的需求的差異；無控制信道的分配方案符合實(shí)際情況，但是中斷率較高，不能滿足CR系統(tǒng)需求；POMDP雖能夠從理論上匹配認(rèn)知無線電的跨層分配模型，但是由于其本身復(fù)雜度較高，所以仍很難應(yīng)用到實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中。限于作者的能力和時(shí)間，本文只對(duì)基于博弈論和著色理論的兩個(gè)方面存在的問題進(jìn)行研究和解決。采用CR技術(shù)實(shí)現(xiàn)頻譜共享的前提是必須保證對(duì)授權(quán)用戶不造成干擾，而每一個(gè)分布式操作的CR用戶的功率分配是造成干擾的主要原因，因此需要探索適用于CR技術(shù)的分布式功率控制方法。首先考慮兩用戶（單個(gè)CR用戶與授權(quán)用戶）共享頻譜時(shí)的功率控制問題。一種可行的方法是將測(cè)量到的授權(quán)用戶接收機(jī)信號(hào)的本地信噪比（SNR，SignaltoNoiseRatio）近似為CR用戶與授權(quán)用戶間的距離，從而相應(yīng)的調(diào)整CR用戶的發(fā)射功率[3]。此外，Clemens等人提出了一種相對(duì)智能的功率分配策略[5]，可將對(duì)策論和遺傳算法相結(jié)合。即采用兩用戶重復(fù)對(duì)策理論建模，借助遺傳算法來搜索策略空間。這些方法可實(shí)現(xiàn)在保證授權(quán)用戶不受有害干擾的前提下“貪婪”地增加CR用戶的發(fā)送功率。對(duì)于既存在合作又存在競(jìng)爭(zhēng)的多址CR系統(tǒng)，為避免多用戶的沖突問題，分布式功率控制的研究更為重要。多址CR系統(tǒng)的發(fā)送功率控制受到給定的干擾溫度和可用頻譜空穴數(shù)量這兩種網(wǎng)絡(luò)資源的限制。到目前為止，一般主要應(yīng)用信息論和對(duì)策來解決其功率控制的難題。多用戶CR系統(tǒng)的功率控制問題首先可看作是一個(gè)對(duì)策論的問題。若不考慮競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象，可看作純合作對(duì)策，這樣該問題就簡(jiǎn)化為一個(gè)最優(yōu)控制理論問題，但限制了問題的許多方面[4]。因此用對(duì)策論方法研究的功率控制問題最終被歸結(jié)為一個(gè)非合作對(duì)策。目前主流的方法是采用Markov對(duì)策進(jìn)行分析解決。實(shí)現(xiàn)功率控制的另一種方法是基于信息論的迭代注水法。分析表明迭代注水法更適用于多用戶環(huán)境，可通過增加遺憾意識(shí)的學(xué)習(xí)機(jī)制提高其性能，以支持更多用戶接入。此外，關(guān)于CR系統(tǒng)的安全、可靠鏈路的維護(hù)以及定價(jià)策略的研究也逐漸成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)問題。2、頻譜分配模型認(rèn)知無線電中的頻譜分配問題一直是國(guó)內(nèi)外理論研究的熱點(diǎn)，自認(rèn)知無線電該你呢的提出直至發(fā)展到今天，不少學(xué)者為網(wǎng)址無線電中的頻譜分配問題提出了分析模型，它們大多是借鑒于一些經(jīng)典的數(shù)學(xué)理論以及微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)理論等，現(xiàn)就較為常見的兩種頻譜分配模型介紹如下：基于圖論的頻譜分配模型基于圖論的頻譜分配模型是簡(jiǎn)歷在相應(yīng)的干擾和約束條件之上的[9]。在認(rèn)知無線電的研究中，將認(rèn)知用戶組成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)抽象成圖。圖中的每一個(gè)頂點(diǎn)代表無線用戶。每一條邊表示的是一對(duì)頂點(diǎn)間的沖突或者干擾。特別的，如果圖中的某兩個(gè)頂點(diǎn)由一條邊連接，則假定這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)不能同時(shí)使用相同的頻譜。另外，將每一個(gè)頂點(diǎn)與一個(gè)集合相關(guān)聯(lián)，這個(gè)集合代表該頂點(diǎn)所在區(qū)域位置可以使用的頻譜資源。由于每個(gè)頂點(diǎn)地理位置的不同，因而不同頂點(diǎn)所關(guān)聯(lián)的資源集合是不同的。圖3-1是一個(gè)認(rèn)知系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖示例。圖中的五個(gè)頂點(diǎn)1-5代表五個(gè)不同的認(rèn)知無線電用戶，認(rèn)知系統(tǒng)可使用的共有3個(gè)頻段A、B和C，當(dāng)前位置上面分布有四個(gè)主用戶小區(qū)，即用戶I-IV，他們使用的頻段分別是頻段B、A、B和頻段C。由于認(rèn)知無線電擇機(jī)使用主用戶相同的通信頻段。圖中圓通表明了主用戶的覆蓋范圍，chnlX代表主用戶使用的工作頻段，每個(gè)節(jié)點(diǎn)不同的關(guān)聯(lián)信道集合表明了節(jié)點(diǎn)處用戶的所以頻段。在圖中，頂點(diǎn)1的可用信道是（A、B、C），節(jié)點(diǎn)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)圖3-1認(rèn)知系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D示例基于圖論的模型中規(guī)定了空閑矩陣，效益矩陣，干擾矩陣和分配矩陣四個(gè)基本矩陣?？臻e頻譜矩陣SKIPIF1<0,N為用戶數(shù)（下標(biāo)從0到N-1），M為總頻帶數(shù)（下標(biāo)從0到M-1），SKIPIF1<0表示頻帶m對(duì)于用戶n是可用的，SKIPIF1<0表示不可用。效益矩陣SKIPIF1<0,SKIPIF1<0表征用戶n使用頻帶m所帶來的效益權(quán)重，如頻譜利用率等。將矩陣L與矩陣B相結(jié)合，可得出有效頻譜的效益SKIPIF1<0。干擾矩陣集合SKIPIF1<0,SKIPIF1<0表示用戶n和用戶k在同時(shí)使用頻帶m時(shí)會(huì)產(chǎn)生干擾，當(dāng)n=k時(shí)，SKIPIF1<0，僅由空閑頻譜矩陣L決定。無干擾的頻譜分配矩陣SKIPIF1<0,SKIPIF1<0表示頻帶m被分配給用戶n。A必須滿足無干擾條件：SKIPIF1<0SKIPIF1<0(3-1)把上述頻譜分配抽象為一個(gè)圖SKIPIF1<0的著色。U是圖G的頂點(diǎn)集，表示共享頻譜的用戶，SKIPIF1<0表示頂點(diǎn)可選顏色集合和權(quán)重，SKIPIF1<0是表集，由于擾約束集合C決定，當(dāng)且僅當(dāng)SKIPIF1<0時(shí)，兩個(gè)不同的頂點(diǎn)（用戶）SKIPIF1<0之間有一條顏色為m（頻帶m）的邊。于滿足式（3-1）條件的有效頻譜分配對(duì)應(yīng)的著色條件可以描述為：當(dāng)兩個(gè)不同頂點(diǎn)間存在m色邊的時(shí)候這兩個(gè)頂點(diǎn)不能同時(shí)著m色。這樣，我們便可以根據(jù)圖論著色理論原則對(duì)認(rèn)知無線電用戶進(jìn)行頻譜分配?；诙▋r(jià)拍賣的頻譜分配模型利用微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)中定價(jià)拍賣原理而制定的無線電資源分配機(jī)制在近年來得到廣泛的研究,而且已經(jīng)被證明是認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的頻譜分配問題的有效解決方法。在這種基于定價(jià)拍賣的頻譜分配模型根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)效用需要來確定自身的目標(biāo)函數(shù)，即確定贏家勝出的規(guī)則。例如采用最大化系統(tǒng)吞吐量原則將某段頻譜分配給在其上吞吐量投標(biāo)值最大的用戶，利用效用公平原則和時(shí)間公平原則保證投標(biāo)者在競(jìng)爭(zhēng)頻譜資源過程中的效用公平和時(shí)間公平等等。由于在頻譜分配過程中引入了定價(jià)拍賣原理，認(rèn)知無線電用戶即投標(biāo)者原則上都是“自私的”、“理性的”，這使得基于定價(jià)拍賣的頻譜分配模型具有如下一些特點(diǎn)：非合作的用戶行為。由于投標(biāo)者是“自私的”、“理性的”，每個(gè)投標(biāo)者都會(huì)根據(jù)系統(tǒng)效用需要對(duì)可用頻譜進(jìn)行定價(jià)，將評(píng)估的價(jià)格傳送給拍賣人，而無需知道其他用戶的信息和策略。分配算法需要合理的執(zhí)行時(shí)間和合理的計(jì)算開銷?；诙▋r(jià)拍賣的頻譜分配算法中大量的運(yùn)算集中在投標(biāo)者和拍賣人身上，例如投標(biāo)者需要對(duì)每個(gè)可用頻譜單元進(jìn)行評(píng)估，拍賣人需要收集全部投標(biāo)者定價(jià)并進(jìn)行贏家判斷等。信令開銷小。雖然對(duì)頻譜單元的定價(jià)為投標(biāo)者增加了較大的運(yùn)算負(fù)擔(dān)，但由于用戶之間非合作的關(guān)系以及投標(biāo)者和拍賣人之間信息傳遞的完備性，使得基于定價(jià)拍賣的頻譜分配算法擁有較小的信令開銷的優(yōu)點(diǎn)。從以上的加上中我們可以看出，基于圖論的頻譜分配模型和基于定價(jià)拍賣的頻譜分配模型充分利用了經(jīng)典數(shù)學(xué)和微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)理論，為認(rèn)知無線電中頻譜分配提出了解決問題的框架，基于此兩類模型的具體算法也得到了廣泛的研究。然而，為了推動(dòng)認(rèn)知無線電頻譜分配技術(shù)的不斷發(fā)展，提出新的頻譜分配問題模型成為了普遍的迫切需要。3、小結(jié)圖論著色模型是一種“0，1模型”，建模分析的信息均可以用標(biāo)志“0”和“1”表示，相對(duì)于其它模型而言分析較為筒單。于擾溫度摸型是一種管理干擾的新機(jī)制。可以在允許一定干擾的前提下，使原有頻段容納更多用戶，更好地提高頻譜利用率，博弈論模型可以用于分析認(rèn)知無線電系統(tǒng)的分布式行為。拍賣競(jìng)價(jià)模型可以用于協(xié)商頻譜接入機(jī)制下的頻譜分配。3.2基于圖論著色模型的現(xiàn)有算法基于圖論著色模型頻譜分配算法的代表有：列表著色算法，顏色敏感的圖論著色算法，CSGC聯(lián)合局部議價(jià)的多小區(qū)動(dòng)態(tài)頻譜分配算法。下面將對(duì)其做簡(jiǎn)要的介紹。列表著色算法文獻(xiàn)[6]根據(jù)圖論著色模型提出了在開放式頻譜接入的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中基于列表著色的頻譜分配算法，其目標(biāo)是在現(xiàn)有的干擾約束條件下最大化地分配頻譜給認(rèn)知用戶，如下面數(shù)學(xué)公式所示：SKIPIF1<0（3-2）其中，SKIPIF1<0是滿足無干擾分配約束條件的分配矩陣A中的元素出于系統(tǒng)健壯性的考慮，文獻(xiàn)使用了分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并分別基于最大化頻譜利用率和頻譜分配的公平性目標(biāo)提出了兩種算法：分布式貪婪算法和分布式公平算法，分布式貪婪算法的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)頻譜的最大化利用，將頻譜最大化地分配給認(rèn)知用戶，貪婪算法每次處理一個(gè)頻譜，并將這個(gè)頻譜分配給圖中度數(shù)(擁有連接數(shù))最小的節(jié)點(diǎn)；而分布式公平分配算法則主要從提高頻譜分配的公平性來考慮，將頻譜較為公平地分配給系統(tǒng)中的認(rèn)知用戶。分布式貪婪算法的基本過程是：將系統(tǒng)中的所有頻譜逐個(gè)分配，對(duì)每一個(gè)頻譜的分配，將可能使用該頻譜的所有節(jié)點(diǎn)按其度數(shù)從低到高排列，優(yōu)先把該頻譜分配給度數(shù)低的節(jié)點(diǎn)。當(dāng)存在相同度數(shù)的節(jié)點(diǎn)時(shí)，則比較節(jié)點(diǎn)己獲得的頻譜數(shù)量，對(duì)已獲得頻譜少的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先分配。若己獲得的頻譜數(shù)仍然相同，則隨機(jī)選擇節(jié)點(diǎn)分配頻譜。對(duì)分布式貪婪算法，度數(shù)低的節(jié)點(diǎn)通常會(huì)獲得較多的頻譜，導(dǎo)致分配的不公平性。分布式貪婪算法流程圖如圖3-2：由于分布式貪婪算法的目標(biāo)是最大化地分配頻譜資源給系統(tǒng)的認(rèn)知用戶，以提高頻譜的利用率。分布式貪婪算法的分配流程，決定了在分配中度數(shù)低的節(jié)點(diǎn)將會(huì)獲得大量的頻譜，而度數(shù)高的節(jié)點(diǎn)則相對(duì)難以獲得頻譜，因而導(dǎo)致了分配的不公平性。為了提高頻譜分配的公平性，文獻(xiàn)提出了分布式公平性算法。分布式公平性算法主要分為以下三個(gè)步驟：步驟l：根據(jù)節(jié)點(diǎn)可用頻譜集合與度數(shù)的大小，建立一個(gè)非循環(huán)有向圖，有向圖邊的方向從擁有可用頻譜數(shù)多的節(jié)點(diǎn)指向擁有可用頻譜數(shù)少的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)可用頻譜數(shù)相同時(shí)，邊從度數(shù)高的節(jié)點(diǎn)指向度數(shù)低的節(jié)點(diǎn)。圖中沒有作為邊的出發(fā)端的節(jié)點(diǎn)作為sink節(jié)點(diǎn)，只作為邊的出發(fā)端的節(jié)點(diǎn)作為源節(jié)點(diǎn)，圖中可能有多個(gè)源節(jié)點(diǎn)和sink節(jié)點(diǎn)。步驟2：從sink節(jié)點(diǎn)開始分配頻譜，選取sink節(jié)點(diǎn)所有鄰節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)頻譜列表中出現(xiàn)次數(shù)最少的頻譜分配給sink節(jié)點(diǎn)，然后發(fā)一個(gè)set．color標(biāo)志給鄰節(jié)點(diǎn)，通知鄰節(jié)點(diǎn)從各自的可用頻譜列表中移出已分配頻譜。當(dāng)一個(gè)非sink節(jié)點(diǎn)從它所有的下游鄰節(jié)點(diǎn)得到set．color標(biāo)志，節(jié)點(diǎn)將變成sink節(jié)點(diǎn)并進(jìn)行頻譜分配。如此反復(fù)，從sink節(jié)點(diǎn)到源節(jié)點(diǎn)，算法逐步完成頻譜分配。步驟3：當(dāng)還有節(jié)點(diǎn)擁有可用頻譜時(shí)，開始下一輪頻譜分配流程。源節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生重排標(biāo)志發(fā)給每個(gè)鄰節(jié)點(diǎn)，鄰節(jié)點(diǎn)將收到的重排標(biāo)志轉(zhuǎn)發(fā)給所有的下游鄰節(jié)點(diǎn)，直到所有節(jié)點(diǎn)收到重排標(biāo)志后，轉(zhuǎn)到步驟1。沒有可用頻譜的節(jié)點(diǎn)將退出分配過程，當(dāng)所有節(jié)點(diǎn)的可用頻譜分配完畢，分配算法結(jié)束。系統(tǒng)初始化信息更新系統(tǒng)初始化信息更新選擇度數(shù)低的頂點(diǎn)定點(diǎn)度數(shù)相同？選擇度數(shù)低的頂點(diǎn)定點(diǎn)度數(shù)相同？否是選擇已獲得頻譜數(shù)少的頂點(diǎn)頂點(diǎn)已獲得頻譜數(shù)相同選擇已獲得頻譜數(shù)少的頂點(diǎn)頂點(diǎn)已獲得頻譜數(shù)相同否否是隨機(jī)選擇頂點(diǎn)隨機(jī)選擇頂點(diǎn)分配頻譜分配頻譜所有頻譜分配已進(jìn)行分配所有頻譜分配已進(jìn)行分配是算法結(jié)束算法結(jié)束圖3-2分布式貪婪算法流程圖從分布式公平性算法的流程可見，分布式公平算法通過非循環(huán)有向圖的建立和從sink節(jié)點(diǎn)開始分配，在一定程度上優(yōu)先為度數(shù)高的節(jié)點(diǎn)分配頻譜，從而改善了分配的公平性。色敏感的圖論著色算法列表著色算法認(rèn)為系統(tǒng)中所有的頻譜都具有相同的性質(zhì)，沒有考慮不同頻譜的差異性，然而認(rèn)知無線電系統(tǒng)中實(shí)際使用的頻譜具有頻譜效益的差異。頻譜效益的差異性指同一個(gè)認(rèn)知用戶使用不同的頻譜能夠獲得不同的效益，同一個(gè)頻譜對(duì)不同的認(rèn)知用戶在不同的時(shí)段也具有不同的效益。頻譜效益的差異主要源于認(rèn)知用戶在某個(gè)頻譜上所能夠允許使用的發(fā)射功率大小，不同頻譜的帶寬大小，以及所使用頻譜的頻率影響。頻譜效益通常使用用戶在某頻譜上能夠獲得的傳輸速率衡量。由于頻譜效益對(duì)頻譜分配算法能夠獲得的系統(tǒng)性能有重大影響。因此，在列表著色算法提出的圖論著色模型基礎(chǔ)上，增加了表示不同頻譜效益差異性的頻譜效益矩陣，提出了CSGC算法。然而，CSGC算法使用的頻譜效益矩陣中頻譜效益的含義僅僅表示了不同頻譜的帶寬不同，以頻譜帶寬作為衡量頻譜效益的標(biāo)準(zhǔn)。在CSGC算法中，分別針對(duì)最大化頻譜效益準(zhǔn)則與最大比例公平(Max．Proportional．Fair,MPF)準(zhǔn)則，比較了認(rèn)知用戶協(xié)作方式與認(rèn)知用戶非協(xié)作方式下算法的性能。由于CSGC算法的頻譜效益矩陣中頻譜效益的大小是以頻譜的帶寬作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，因此，最大化頻譜效益準(zhǔn)則實(shí)際上就是CSGC算法中的最大總帶寬(Max．Sum．Bandwidth，MSB)準(zhǔn)則。CSGC算法最大化頻譜效益準(zhǔn)則的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：SKIPIF1<0（3-3）其中SKIPIF1<0是引入的頻譜效益矩陣B中的元素，表示認(rèn)知用戶n使用頻譜m所能夠獲得的效益，即帶寬的大小。在最大化頻譜效益準(zhǔn)則下，系統(tǒng)以獲得最大的效益總和為目標(biāo)進(jìn)行頻譜分配。為了比較算法頻譜分配的公平性，算法使用了最大比例公平性準(zhǔn)則作為衡量算法分配公平性的度量，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：SKIPIF1<0（3-4）CSGC算法通過對(duì)圖中節(jié)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)號(hào)(1abel)來進(jìn)行頻譜分配，在某個(gè)標(biāo)號(hào)規(guī)則下，標(biāo)號(hào)的值越大表示了該標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)的分配具有較高的價(jià)值，對(duì)既定的頻譜分配目標(biāo)貢獻(xiàn)較大，需要優(yōu)先分配標(biāo)號(hào)值高的頻譜給相應(yīng)節(jié)點(diǎn)，因此，標(biāo)號(hào)的值體現(xiàn)了頻譜分配的優(yōu)先級(jí)。另外，CSGC算法對(duì)于不同的分配目標(biāo)，不同的認(rèn)知用戶協(xié)作方式的分配，使用了不同的標(biāo)號(hào)規(guī)則。CSGC算法的分配流程如圖3-3所示：根據(jù)標(biāo)號(hào)規(guī)劃計(jì)算標(biāo)號(hào)值SKIPIF1<0根據(jù)標(biāo)號(hào)規(guī)劃計(jì)算標(biāo)號(hào)值SKIPIF1<0搜索標(biāo)號(hào)值最大的節(jié)點(diǎn)n滿足SKIPIF1<0將最大標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)頻譜m分配給節(jié)點(diǎn)n將最大標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)頻譜m分配給節(jié)點(diǎn)n所有節(jié)點(diǎn)可用頻譜集合為空？分配結(jié)果否是圖3-3CSGC算法分配流程圖SGC聯(lián)合局部議價(jià)的多小區(qū)頻譜分配算法對(duì)于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)固定的系統(tǒng)而言，CSGC算法的頻譜分配方案可以得到當(dāng)前拓?fù)湎碌淖顑?yōu)分配結(jié)果，通過用戶間的協(xié)作，其分配能夠達(dá)到全局最優(yōu)?？偟膩碚f，CSGC算法的分配是在不考慮本次分配前的頻譜分配信息的情況下，獨(dú)立地為每個(gè)認(rèn)知用戶分配頻譜。然而，受到認(rèn)知用戶位置移動(dòng)、活動(dòng)情況改變等因素的影響，認(rèn)知無線電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?dòng)態(tài)改變，使用類似CSGC算法的基于固定拓?fù)涞娜肿顑?yōu)分配方法，網(wǎng)絡(luò)需要根據(jù)拓?fù)涞拿看胃淖冎匦掠?jì)算拓?fù)洌诜植际剿惴ㄖ?，信息的傳遞與復(fù)雜的計(jì)算過程使得算法的開銷龐大。為了減少算法開銷，文獻(xiàn)[11]提出一種分布式局部議價(jià)的頻譜分配算法，算法在新的頻譜分配過程中考慮上一次頻譜分配的信息，根據(jù)上一次頻譜分配的結(jié)果，局部議價(jià)算法能夠通過有限數(shù)量的計(jì)算適應(yīng)拓?fù)涞母淖?，針?duì)新的拓?fù)渥鞒鼋咏肿顑?yōu)的分配決策。局部議價(jià)算法的具體實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，本文在此不作敘述，其基本思想是：假定在每次拓?fù)涓淖兦邦l譜分配已經(jīng)接近全局最優(yōu)，則本次分配可以通過在受拓?fù)涓淖冇绊懙墓?jié)點(diǎn)之間的局部議價(jià)快速地實(shí)現(xiàn)頻譜最優(yōu)化分配。在局部議價(jià)期間，鄰節(jié)點(diǎn)的集合，即相互間有干擾邊相連的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，自組織成為議價(jià)小組。每個(gè)小組修改組內(nèi)的頻譜分配以適應(yīng)拓?fù)涞淖兓?shí)現(xiàn)在局部的最優(yōu)分配，從而獲得整體上接近最優(yōu)的分配結(jié)果，小組內(nèi)的頻譜分配不能影響或者改變組外的任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)的分配。局部議價(jià)算法制定了完善的議價(jià)小組組成限制，議價(jià)策略以及詳細(xì)的議價(jià)過程，以保證局部議價(jià)的實(shí)現(xiàn)。文獻(xiàn)[7]在圖論著色模型與局部議價(jià)算法基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將圖論著色模型應(yīng)用于認(rèn)知無線電多小區(qū)的頻譜分配，以圖論著色結(jié)合局部議價(jià)實(shí)現(xiàn)認(rèn)知無線電多小區(qū)的頻譜分配。算法的目標(biāo)是在多小區(qū)頻譜分配中，在避免小區(qū)間和小區(qū)內(nèi)認(rèn)知用戶的共道干擾的前提下，最大化系統(tǒng)的頻譜利用率，同時(shí)保證認(rèn)知用戶問使用頻譜的公平性，即頻譜分配需要保證每個(gè)用戶的最小帶寬需求。CSGC聯(lián)合局部議價(jià)的多小區(qū)頻譜分配算法由三個(gè)主要部分組成，分別是系統(tǒng)初始化，資源預(yù)分配和認(rèn)知用戶間局部議價(jià)。具體如下：第一階段：系統(tǒng)初始化，認(rèn)知系統(tǒng)中各基站收集認(rèn)知用戶的位置和可用頻譜信息，使用公式(3-5)所示的標(biāo)記方法對(duì)每個(gè)用戶計(jì)算ratio值，N表示鄰節(jié)點(diǎn)數(shù)，M表示節(jié)點(diǎn)可用度數(shù)，ratio值表示了用戶在資源預(yù)分配階段獲得分配的優(yōu)先級(jí)情況。SKIPIF1<0(3-5)第二階段：資源預(yù)分配，從位于網(wǎng)絡(luò)中央的小區(qū)開始，逐個(gè)小區(qū)地分配頻譜。在本階段的資源預(yù)分配中，每個(gè)認(rèn)知用戶試圖獲得自己需要的最大頻譜帶寬。資源預(yù)分配階段使用了與CSGC算法相似的方法，每次選取ratio值最大的用戶為其分配頻譜，直到所有的用戶獲得了分配。第三階段：認(rèn)知用戶間進(jìn)行局部議價(jià)：由于第二階段的資源預(yù)分配以獲得最大化的系統(tǒng)頻譜利用率為目標(biāo)，因而各用戶間的頻譜分配不平衡，有些用戶獲得了足夠的頻譜資源，而其中部分用戶獲得的頻譜資源沒有達(dá)到其通信所需的最低帶寬需求。因此，第三階段通過認(rèn)知用戶間的局部議價(jià)來改善分配的公平性，沒有獲得足夠頻譜的用戶有權(quán)通過局部議價(jià)來向自己的鄰節(jié)點(diǎn)中頻譜資源充足的節(jié)點(diǎn)借用頻譜，通過局部議價(jià)達(dá)到最低頻譜帶寬需求。第三階段可以看作是對(duì)第二階段的資源預(yù)分配的局部調(diào)整，通過第三階段的局部議價(jià)，實(shí)現(xiàn)頻譜分配的公平性。CSGC聯(lián)合局部議價(jià)的多小區(qū)頻譜分配算法能夠以較低的算法復(fù)雜性與開銷，實(shí)現(xiàn)接近最優(yōu)分配的頻