认知无线电与认知网络CH08认知网络的跨层设计

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1、跨层设计BYSCNUCRN_XXH2021/7/241Content跨层设计的本质跨层设计架构跨层实施方案CRN跨层设计CN跨层设计方案黑板架构thechallengeofCross-LayerdesginofCN参考文献2021/7/242跨层设计的本质——通过对协议栈进行垂直的整合，实现对系统资源的有效管理，即通过在协议栈的各层之间传递特定的信息来协调各层之间的的工作，使之与无线通信环境相适应，从而满足系统的各种业务的不同需求。网络中各层都不是单独设计的，而是把所有层作为一个整体设计。层与层之间信息的交互保证了协议能够根据应用需要和网络条件进行全局自适应的变化，而且各层

2、协议都能够在系统整体约束和整体性能要求下进行联合优化设计2021/7/243跨层设计架构不是完全否定传统的分层设计模式，而是通过各层之间的交互信息，对网络各个子层的有关参数进行统一的调整各个参数，从而实现对网络资源的有效分配，提高网络的整体的性能。核心——层与层之间如何进行耦合。即如何打破原有的各个独立的层打破协议的限制，在各层间进行相互通信。在原有的层之间创造新的接口。将原有的体系架构中的相邻的层进行合并。将原有的层进行对于耦合，而不需要创造新的接口。将整个系统所有层进行纵向校正。（图来源：李钊陈、广泉《无线认知网络的跨层设计》）ex:如果一个端到端TCP连接包含一段无线

3、链路，在无线链路中由于信道变化所导致的丢包率的上升会使TCP发送端误以为在网络中发生了拥塞，导致网络性能恶化而做出错误的判断。(下层—上层的反馈接口。路由给TCP的发送端的传输层—send—ECN)ex:应用层可以通知链路层数据延迟的需求，链路层可以按照时延敏感的优先级来发送数据。向上的信息流是通知高层底层网络状况。向下的信息流则作为底层树立处理数据的参考。两个功能不一样的层，在运行时相互协作。经常这种情况出现在两层间的迭代循环，信息在两层间来回传递。ex1:NDMA协议(Network-assistedDiversityMultipleAccess,网络辅助分集多址接入)

4、ex2：双向信息传递解决无线AdHoc网络。将两个或多个相邻的层合并，构成一个“超级层”来提供被合并的那些层所提供的服务。不需要创造新的接口。从结构上来讲。超级层能用原有的接口和未合并的层进行通信。在两个或更多的层之间进行耦合设计，而不需要在运行时为了信息共享而创建新的接口。结构的花销来自于当要替换一层时必须对耦合的层做出相应的变化。通过调整参数来实现层与层之间的通信。如图，基本上，应用层所表现出的性能，可以表示为其所有下层的参数所构成的函数。因此，联合调节参数比单独调节能获得更好的性能。2021/7/244跨层实施方案层间直接通信跨层共享数据库全新架构层间共享信息最直接、

5、最快捷的方法就是允许他们彼此互相通信。图中是通过创建新的接口来达到层间直接通信的目的。>>利用协议头投在层间传递信息>>将“层间”信息作为内部分组进行处理。>>跨层发信捷径（CLASS,Cross-LayerSignallingShortcuts）方案。用于支持协议栈的非相邻层之间的直接的信息交换。主要是引入了一个能被所有层链接的通用数据库，如右图，这个通用数据库可以被看成是一个新层，为所有层提供存储/修复信息的服务。这种方法尤其适用于纵向校正跨层设计，优化程序可以通过共享数据库的同时与不同层连接。《FromProtocolStacktoProtocolHeap–Role-

6、BasedArchitecture》的作者Branden等人提出的RBA(RoleBasedArchitecture)是一个全新架构。角色模块以功能实现的传递连接完成了层间信息的交互过程，取代了用设计接口实现分层间的交互方式。2021/7/245CRN跨层设计MAC/物理层跨层设计路由/物理层跨层设计传输/物理层跨层设计其他跨层设计MAC层与物理层的交互尤为频繁。在CRN中，MAC层必须能够适应通信资源的有效性，以及用户状态。它使用了信道分配技术，机会性使用信道，动态适应认知网络信道的高度时变性特征。物理层高级技术，包括编码、MIMO和OFDM技术、超宽带等，为改善时延、吞

7、吐量和丢包率提供了很大的潜力。MAC物理层的跨层设计方法，可以更进一步提高频谱利用率，改善系统性能。?如何改善系统性能———————————————————————————————————>>可能出现误检情况下的跨层设计。这种方式，通过物理层频谱传感器和MAC层认知协议的联合设计将频谱感知和频谱接入相结合。同时，在物理层和MAC层降低误检概率，并，最大化频谱效率的同时防止对授权用户产生干扰。>>基于跨层的多信道机会MAC控制协议，将无线AdHoc网络的频谱感知聚合到物理层，分组调度聚合到MAC层。>>优化无线网络中