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陆佃杰,郑向伟,张桂娟,洪爵,刘弘.大规模认知无线电网络的时延分析.软件学报,2014,25(10):2421-2431
大规模认知无线电网络的时延分析
Latency Analysis of Large-Scale Cognitive Radio Networks
投稿时间:2013-09-11  修订日期:2014-01-26
DOI:10.13328/j.cnki.jos.004577
中文关键词:  认知无线电网络  时延  动态频谱  首次通过渗流理论  马尔可夫链
英文关键词:cognitive radio networks  latency  dynamic spectrum  first passage percolation theory  Markov chain
基金项目:国家自然科学基金(61202225,61272094,61202417,61373149,61402270);高等学校博士学科点专项科研基金(20133704120009);山东省高等学校科技计划(J13LN13);深圳市基础研究项目(JC201105190934A)
作者单位E-mail
陆佃杰 山东师范大学 信息科学与工程学院, 山东 济南 250014
山东省分布式计算机软件新技术重点实验室, 山东 济南 250014 
ludianjie@126.com 
郑向伟 山东师范大学 信息科学与工程学院, 山东 济南 250014
山东省分布式计算机软件新技术重点实验室, 山东 济南 250014 
 
张桂娟 山东师范大学 信息科学与工程学院, 山东 济南 250014
山东省分布式计算机软件新技术重点实验室, 山东 济南 250014 
 
洪爵 中国科学院 深圳先进技术研究院, 广东 深圳 518055  
刘弘 山东师范大学 信息科学与工程学院, 山东 济南 250014
山东省分布式计算机软件新技术重点实验室, 山东 济南 250014 
 
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中文摘要:
      时延作为无线网络的最基本的性能之一,对网络信息分发、路由协议设计、节点部署等都具有重要意义.与传统的无线网络不同,认知无线电网络的频谱资源具有动态变化性,该特性会对网络时延产生极大的影响.因此,如何对动态频谱环境下的大规模认知无线电网络进行时延分析,是一项很具挑战性的课题.为此,首先对动态频谱环境进行建模,将认知用户的频谱接入过程建模为一个连续时间的马尔可夫链,并建立认知用户的生存函数来量化授权用户活动以及信道数量对频谱环境的影响;其次,将上述模型与首次通过渗流理论结合起来,研究了大规模认知无线电网络时延的伸缩规律,并获取了更为精确的时延与距离比的上限值.理论分析及仿真结果表明,动态频谱环境与密度一样会对时延产生极大影响.研究结论对认知无线电网络的设计具有重要的指导意义.
英文摘要:
      As one of the most fundamental properties of wireless networks, latency is important to the information dissemination, routing protocol design and node deployment. Different from the traditional wireless network, the spectrum resource in cognitive radio networks is dynamic which affects the network latency drastically. Thus, how to analyze the latency of large-scale cognitive radio networks under the dynamic spectrum environments is a challenging problem. To address this problem, this paper first constructs a dynamic spectrum environment model in which the process of the licensed spectrum access is defined as a continuous-time Markov chain, and a survival function of secondary users is created to quantify the impact of the number of channels and the activities of primary users. Next, this paper combines the proposed model with the first passage percolation theory to investigate scaling laws of latency in large scale cognitive radio networks. It also derives a tighter upper bound of the ratio of latency to distance. Theoretical analysis and simulation results show that the dynamic spectrum environments have a great impact on the latency of large-scale cognitive radio networks as well as the density. The results provide important guidelines for the design of cognitive radio networks.
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