認知無線網(wǎng)絡基礎理論與關鍵技術研究論文

1、項目名稱：認知無線網(wǎng)絡基礎理論與關鍵技術研究首席科學家：起止年限：依托部門：一、研究內容2.1擬解決的關鍵科學問題高速增長的寬帶無線業(yè)務需求對無線網(wǎng)絡提出了更高的要求，無線網(wǎng)絡演進正處于重大變革的契機點：環(huán)境變化、需求差異、技術進步、業(yè)務增長、投資保護等因素造就了眾多異構的無線網(wǎng)絡子系統(tǒng)并存的局面，給網(wǎng)絡發(fā)展和建設帶來極大困難，又無法滿足用戶日益增長的應用需求；同時無線網(wǎng)絡中普遍存在資源靜態(tài)管理，條塊分割使用等問題，可用資源分布高度不均衡、資源短缺和浪費共存、使用方式不能根據(jù)需求和環(huán)境的變化動態(tài)調整等矛盾日益尖銳，造成了網(wǎng)絡使用方式僵化、資源利用效率低下。這些問題已成為制約無線網(wǎng)絡發(fā)展的主要瓶

2、頸，而且日趨嚴重。這些現(xiàn)象的產(chǎn)生源于原有無線網(wǎng)絡的設計思想：封閉式的靜態(tài)網(wǎng)絡工作模式。這造成了網(wǎng)絡融合需求與當前孤島式的異構網(wǎng)絡的矛盾，以及動態(tài)環(huán)境與靜態(tài)網(wǎng)絡工作模式間的矛盾。為了解決這些問題，使網(wǎng)絡從靜態(tài)工作模式發(fā)展到動態(tài)自適應工作模式，從單一封閉式網(wǎng)絡發(fā)展到異構融合網(wǎng)絡，必須具備對無線環(huán)境、網(wǎng)絡環(huán)境、用戶環(huán)境等的高度認知能力;在認知的基礎上無線網(wǎng)絡需以一定的衡量準則進行自主的決策控制，并借助重構的手段達到適變的目的?？梢钥闯觯@些問題的解決離不開認知、自主決策控制及重構這三個要素，而目前封閉靜態(tài)的無線網(wǎng)絡體系結構不具備這些要素和適變性能力，因此認知無線網(wǎng)絡所面臨的核心問題是解決無線網(wǎng)絡體系

3、結構的適變性問題，在此基礎上研究無線網(wǎng)絡多域環(huán)境的認知性問題，和認知無線網(wǎng)絡管理與控制的自主性問題，上述三個問題就是本項目所凝練出來的科學問題?？茖W問題一：認知無線網(wǎng)絡體系結構的適變性問題以適變性為特征的體系結構是認知無線網(wǎng)絡的核心問題。在研究傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡體系結構理論的基礎上，項目組圍繞認知無線網(wǎng)絡的適變性特征，通過對認知理論與方法深入剖析，提出了新型無線網(wǎng)絡結構模型。其基本思想是將控制信息和認知信息分離，抽取出“認知平面”和“認知流”，增強了無線網(wǎng)絡的伸縮性和可擴展性，體現(xiàn)了認知無線網(wǎng)絡的適變性特征。傳統(tǒng)靜態(tài)封閉的網(wǎng)絡結構嚴重制約了網(wǎng)絡的發(fā)展，認知無線電的出現(xiàn)已使該問題得到初步緩解，然而，當

4、前認知與控制信息混合承載的模式，制約了無線網(wǎng)絡智能化水平的進一步提高。為了解決這些問題，本項目提出新型認知無線網(wǎng)絡結構模型，將控制信息和認知信息分離，提出“認知平面”和“認知流”的全新概念，為建立靈活的網(wǎng)絡框架、有效提高認知和決策效率奠定了良好的基礎。其基本構建是其一將認知平面和業(yè)務平面、控制平面相分離，認知流獨立于業(yè)務流和控制流；其二認知流存在于認知平面，承載認知信息、學習和推理信息、資源優(yōu)化配置信息和智能決策信息，在認知網(wǎng)絡各節(jié)點、實體中傳遞。我們初步的研究表明認知平面和認知流的引入體現(xiàn)了認知網(wǎng)絡的多平面和適變性的特征，增強了網(wǎng)絡的靈活性和可擴展性，是一個意義重大的科學創(chuàng)新思想。本科學問題

5、以此模型為基礎，重點揭示體系結構內在要素對網(wǎng)絡適變性的制約規(guī)律；研究網(wǎng)絡性能局部與全局優(yōu)化的關聯(lián)關系；探索認知能力、自主能力與端到端重構能力的關系及其在網(wǎng)絡中的分布規(guī)律。進而研究端到端可重構的理論、機理、模型，建立可預測、可評估、可調節(jié)的協(xié)同工作環(huán)境，解決現(xiàn)有靜態(tài)無線網(wǎng)絡與動態(tài)變化無線環(huán)境、多樣性的業(yè)務間的矛盾問題；達到提升端到端效能和包容網(wǎng)絡間的異構性的目標?？茖W問題二：無線網(wǎng)絡多域環(huán)境的認知性問題無線網(wǎng)絡多域環(huán)境的認知性問題是認知無線網(wǎng)絡的基礎問題?；诙嗥矫娴木W(wǎng)絡體系結構，構建無線網(wǎng)絡多域認知基礎理論框架。該理論框架提煉出“多域認知”新概念；并提出一個三層理論體系結構框架。認知無線網(wǎng)絡與

6、認知無線電的明顯區(qū)別之一是認知環(huán)境發(fā)生了變化，從無線環(huán)境拓展到網(wǎng)絡環(huán)境與用戶環(huán)境，形成多域認知環(huán)境。其每一域都包含種類繁多的認知信息，且域內域間的認知信息之間還存在錯綜復雜的關系，這樣如何實現(xiàn)認知信息的海量攝入、認知信息的傳遞融合、認知信息的挖掘利用，是本項目必須解決的重要問題。本科學問題面向多域認知環(huán)境，提出三層理論體系框架。其中“多域本地認知層”完成認知信息的海量獲取，為認知流提供認知信息的海量攝入；“多域協(xié)同認知層”從有效表達、高效傳遞與分布處理出發(fā)進行一體化考慮，實現(xiàn)認知信息的合理流動與融合；“多域主動認知層 ”從預測推理角度挖掘深層含義，實現(xiàn)認知信息的高效運用。這三層模型結合在一起，

7、構成了無線網(wǎng)絡的認知基礎理論框架，解決多域認知信息的獲取、表達、傳遞、共享、處理和預測的基礎理論與科學方法，形成由單域認知向多域認知的飛躍。科學問題三：認知無線網(wǎng)絡管理與控制的自主性問題認知無線網(wǎng)絡管理與控制的自主性是認知無線網(wǎng)絡的關鍵。認知無線網(wǎng)絡的基本特征是能夠根據(jù)認知結果，通過自主的決策來調整網(wǎng)絡，以適應環(huán)境的變化，而端到端效能是認知無線網(wǎng)絡調整的依據(jù)，也是衡量網(wǎng)絡性能的標準，因此如何充分利用認知所獲取的多域環(huán)境信息，針對資源共享、環(huán)境適變和異構網(wǎng)絡融合等需求，建立自主管理與控制模型，設計認知無線網(wǎng)絡自主傳輸機制，實現(xiàn)資源的智能、動態(tài)、優(yōu)化管理，顯著提升認知無線網(wǎng)絡端到端效能，是認知無線

8、網(wǎng)絡必須解決的關鍵問題。該科學問題重點研究支持“資源移動性”的矢量資源空間模型、支持動態(tài)頻譜共享和異構網(wǎng)絡融合的資源管理的自適應決策和智能控制機制，建立可變粒度聯(lián)合資源分配方法；設計能夠逼近網(wǎng)絡傳輸容量且具有自主控制能力的傳輸機制,以及資源管理和傳輸機制的聯(lián)合優(yōu)化設計方法。2.2主要研究內容圍繞上述三個關鍵科學問題，本項目擬從如下方面開展研究工作：其中研究內容一“認知無線網(wǎng)絡體系結構與協(xié)議研究”和研究內容五“端到端重構機理研究”針對科學問題一，研究內容二“無線網(wǎng)絡認知基礎理論與方法研究”針對科學問題二，研究無線網(wǎng)絡認知的基礎理論、建模方法和關鍵機制；研究內容三“智能的動態(tài)網(wǎng)絡資源管理模型與控制

9、機制研究”和研究內容四“基于認知的無線網(wǎng)絡傳輸機制研究”針對科學問題三，探索認知無線網(wǎng)絡自主控制與優(yōu)化問題，為認知無線網(wǎng)絡的構建提供深層次的理論與方法，指導研究認知網(wǎng)絡體系結構與協(xié)議；研究內容六“認知無線網(wǎng)絡驗證演示平臺建設與試驗”將在實驗驗證平臺、應用示范的開發(fā)方法方面取得突破，從而為本項目各項理論和技術成果提供驗證和應用場景。研究內容一：認知無線網(wǎng)絡體系結構與協(xié)議研究面向靜態(tài)網(wǎng)絡工作模式與動態(tài)環(huán)境的矛盾問題，圍繞異構網(wǎng)絡的融合問題，研究認知和控制分離的認知網(wǎng)絡體系結構，基于認知平面和認知流，構建泛在的、異構的和可重構的認知網(wǎng)絡框架，設計協(xié)議棧原型以支持網(wǎng)絡的適變性，研究跨網(wǎng)絡的、滿足端到端

10、效能的認知服務體系。主要研究內容如下：l 多平面認知網(wǎng)絡體系結構設計l 具有認知、自主和重構能力的協(xié)議棧原型設計l 認知網(wǎng)絡的性能優(yōu)化l 滿足端到端效能的認知服務體系研究內容二：無線網(wǎng)絡認知基礎理論與方法研究面向動態(tài)復雜的無線網(wǎng)絡環(huán)境，圍繞網(wǎng)絡認知過程，確定多域認知的范疇，研究可認知信息獲取、表達、傳遞、處理、預測和共享的基礎理論與科學方法，創(chuàng)建多域認知理論框架，為認知信息的獲取、組合、分析和處理等問題的解決提供指導性方法，為認知無線網(wǎng)絡的研究奠定理論基礎和方法支撐。主要研究內容如下：l 多域認知理論體系和模型l 多域本地認知理論與方法研究l 多域協(xié)同認知理論與方法研究l 多域主動認知理論與方

11、法研究l 動態(tài)環(huán)境認知策略研究研究內容三：智能的動態(tài)網(wǎng)絡資源管理模型與控制機制研究為了解決傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡適變性差、資源利用率和效率不高等問題，有效提升網(wǎng)絡資源利用率和端到端效能，對智能的動態(tài)資源管理模型與控制機制進行探索研究，通過自適應用戶環(huán)境、網(wǎng)絡環(huán)境和無線環(huán)境的變化，動態(tài)調整管理方法和控制策略，實現(xiàn)資源的智能、動態(tài)、按需獲取，為建立自管理、自保護、自適應、自愈合的認知無線網(wǎng)絡體系奠定基礎。主要研究內容如下：l 矢量資源空間的基本理論和構建方法l “資源移動性”控制理論和方法l 動態(tài)資源管理的自適應決策模型和機制l 網(wǎng)間資源聯(lián)合管理理論與方法l 智能資源矢量分配理論與方法研究內容四：基于認知的

12、無線網(wǎng)絡傳輸機制研究在復雜的多域環(huán)境（無線、網(wǎng)絡和用戶環(huán)境）下充分利用認知所獲得的資源分布及狀態(tài)信息，實現(xiàn)網(wǎng)絡整體傳輸容量和端到端效能的最大化，適應未來異構網(wǎng)絡融合的趨勢和需要，支持用戶根據(jù)網(wǎng)絡環(huán)境和業(yè)務需求進行可重構的自主傳輸。主要研究內容如下：l 認知無線網(wǎng)絡傳輸容量分析l 逼近傳輸容量的認知無線網(wǎng)絡傳輸機制w 支持空間頻譜共享的傳輸信號設計w 機會式干擾抵消（oic）w 認知多天線與認知波束成形l 認知無線網(wǎng)絡傳輸自主控制和適變機制研究內容五：端到端重構機理研究研究異構多模系統(tǒng)體系結構的一般規(guī)律,建立高適應性、高速、高效能、可管理、可控制、可運營的重構系統(tǒng)模型及相關協(xié)議原型，研究協(xié)議系統(tǒng)

13、、體系結構針對重構的優(yōu)化，建立網(wǎng)絡重構理論框架，給出重構評估機制，以端到端效能為目標實現(xiàn)網(wǎng)絡高效自主適變。主要研究內容如下：l 端到端重構管理框架模型與構建方法l 網(wǎng)絡行為的細粒度分解與功能重組的方法l 網(wǎng)絡、協(xié)議可重構性與重構機制l 重構效率、安全等問題的評估機制研究內容六：認知無線網(wǎng)絡驗證演示平臺建設與試驗在適變的無線認知網(wǎng)絡總體設計思想下，根據(jù)無線認知網(wǎng)絡的基礎理論、無線認知網(wǎng)絡體系結構以及網(wǎng)絡自主傳輸、控制與優(yōu)化的原理和方法，建設認知無線網(wǎng)絡驗證演示平臺，驗證并評估相關理論與關鍵技術。主要研究內容如下：l 建立適變的、多平面的無線認知網(wǎng)絡框架l 驗證多域信息認知的原理、機理和方法l 驗

14、證與演示認知無線網(wǎng)絡的關鍵技術和方法l 監(jiān)測與分析網(wǎng)絡功能和性能，評估網(wǎng)絡端到端效能二、預期目標3.1總體目標本項目將緊密配合國家中長期對于科技創(chuàng)新和社會發(fā)展的重大需求，站在國際相關領域的前列，對下一代認知無線網(wǎng)絡中若干極具挑戰(zhàn)性的重要基礎科學問題進行研究并加以解決?？傮w目標為：1） 為國家中長期信息領域的若干前沿技術和重大專項研究提供堅實的理論基礎。在基礎理論與關鍵技術方面取得一批具有原創(chuàng)性的研究成果并達到國際領先水平，面向itu、ieee、3gpp等國際標準化組織，形成認知無線網(wǎng)絡的一系列具有自主知識產(chǎn)權的國家、國際標準。擬提出的主要標準包括以下方面：l 認知無線網(wǎng)絡體系結構的相關標準l

15、多域認知相關標準l 認知網(wǎng)絡自主傳輸、資源管理控制機制相關標準l 端到端重構相關標準2） 創(chuàng)建基于多平面的認知無線網(wǎng)絡體系模型與理論；建立多域認知理論與方法；提出基于認知的自主無線傳輸、資源管理和控制原理與機制；創(chuàng)建自主端到端重構理論并給出重構機理。3） 為保障我軍信息系統(tǒng)特別是軍事通信系統(tǒng)在復雜電磁環(huán)境下作戰(zhàn)效能的發(fā)揮提供理論技術支撐。4） 加強優(yōu)秀骨干人才培養(yǎng)，提高我國在該研究領域的國際地位。項目在五年時間內的可量化指標：1） 完成sci可檢索的高質量學術論文100篇以上，授權國內外發(fā)明專利30 項以上，提交國際相關標準、草案10條以上，完成專著5本以上。2） 培養(yǎng)青年學術骨干20名以上，

16、培養(yǎng)博士生、博士后100名以上。3） 項目組成員在國際標準化組織以及相關組織上承擔副組長以上職務24人次。4） 組織大型國際學術會議3-5次。5） 建立一個能夠展示項目理論成果的綜合實驗驗證平臺。3.2五年預期目標 建立認知平面、業(yè)務平面和控制平面分離的具有適變特性和端到端重構能力的認知無線網(wǎng)絡體系結構，提出認知和控制分離的設計思想，引入新的認知平面，以及承載認知信息的認知流，建立靈活的邏輯統(tǒng)一網(wǎng)絡框架，增強無線網(wǎng)絡的認知、自主和端到端重構能力，達到有效解決異構網(wǎng)絡融合的目標； 提出認知平面的統(tǒng)一協(xié)議描述語言，建立融合認知功能的協(xié)議棧原型； 針對認知無線網(wǎng)絡的異構適變特征、分布式結構，以提高端

17、到端效能為目標，提出應用分布式信號處理、分布式優(yōu)化與網(wǎng)絡編碼等認知無線網(wǎng)絡性能優(yōu)化的完整理論； 創(chuàng)建多域認知分層理論體系框架，研究無線環(huán)境、網(wǎng)絡環(huán)境與用戶環(huán)境各個域內與域間的關聯(lián)關系和作用規(guī)律，并基于該體系框架，深入探究多域認知的工作機理，創(chuàng)建認知信息的流動模型； 提出多域認知理論中認知引擎的基本概念，建立基于認知引擎的認知行為模型； 創(chuàng)建基于變換域信號處理、分析及多域感知的模型，對信道容量進行理論分析，研究提升系統(tǒng)容量的技術實現(xiàn)手段，達到系統(tǒng)容量的有效提升； 研究基于壓縮感知理論的數(shù)據(jù)處理方法，消除多維頻譜信息的冗余性，從而提高網(wǎng)絡信息的容量； 提出基于多維空間的動態(tài)頻譜空穴檢測的理論及相應

18、方法，并建立和完善相應的評價體系； 在多維多域環(huán)境下，提出基于網(wǎng)絡編碼的多維認知信息聯(lián)合表達方法，基于多維認知信息聯(lián)合表達的方法，提出多維認知信息聯(lián)合表達與信道能力映射的機制； 給出一種高效的多域認知信息的多認知節(jié)點協(xié)同方案，利用網(wǎng)絡編碼等相關理論，提出一種認知信息系統(tǒng)傳輸?shù)挠行Х椒ǎ?提出一種基于多智能體協(xié)同的認知信息處理方法和一種有效的多域認知信息融合方法； 提出并建立基于軟件無線電平臺的認知無線網(wǎng)絡多域主動認知模型，提出基于人工智能算法的認知無線網(wǎng)絡在線強化學習、離線內省學習基礎理論與方法，提出認知無線網(wǎng)絡的知識共享與重用方法，提出面向不同系統(tǒng)能力需求下的認知策略問題和不同策略下的認知決

19、策機理，使得無線網(wǎng)絡從被動認知向主動認知演進，真正具備學習能力； 提出認知環(huán)境無線資源表征結構，形成有關資源空間和相關概念的理論體系；提出管理結構、維護控制方式和管理層面信息交流的規(guī)則協(xié)議；針對頻譜移動性和用戶移動性形成矢量資源分配方法、優(yōu)化的資源控制方法和用戶切換協(xié)議；設計復雜網(wǎng)絡下動態(tài)資源管理和控制實現(xiàn)方法，建立認知無線網(wǎng)絡資源管理體系； 得到不同網(wǎng)絡模式、應用場景、信道條件的認知無線網(wǎng)絡容量與容量域的計算方法和量化結果，以及逼近容量的無線傳輸體制的設計準則； 針對不同的認知無線網(wǎng)絡模式和應用場景，從最大化系統(tǒng)容量和用戶公平性的角度，形成認知無線網(wǎng)絡中多用戶、多天線、多載波無線傳輸信號處理

20、理論方法； 針對認知無線網(wǎng)絡模式的適變特性，基于對環(huán)境、網(wǎng)絡和用戶的認知信息，得到與網(wǎng)絡模式匹配的認知無線網(wǎng)絡無線傳輸自主控制理論與適變機制，通過自學習、自推理，提出滿足網(wǎng)絡用戶端到端的效能需求的無線傳輸模式進行一體化優(yōu)化控制方法； 提出具有自學習和先驗智能決策能力的端到端重構機制，提出基于組件的協(xié)議拓撲概念，設計具備可重構能力的協(xié)議棧，使得協(xié)議棧能夠依據(jù)業(yè)務環(huán)境和網(wǎng)絡環(huán)境進行自主調整，從而實現(xiàn)異構無線網(wǎng)絡的靈活、高效融合； 建立適變的、多平面的認知無線網(wǎng)絡框架，對認知無線網(wǎng)絡平臺的框架進行建模，詳細設計驗證演示平臺的功能模塊，將項目各個課題研究成果應用到各功能模塊中，設計獨立的應用場景對功能

21、模塊的功能性能進行仿真； 將設計的演示平臺的功能模塊部署到實際環(huán)境中，并進行整合、測試、數(shù)據(jù)分析，對整個項目周期內的研究成果進行驗證。三、研究方案4.1學術思路本項目將針對以端到端效能為目標、以自主適變?yōu)閷傩缘恼J知無線網(wǎng)絡，全面系統(tǒng)地研究其基礎理論及關鍵技術。首先構建包含多平面的新型無線網(wǎng)絡體系結構模型，在此基礎上，提出無線網(wǎng)絡認知理論及方法，提出面向端到端效能的資源管理與控制理論及方法，最終形成系統(tǒng)性的認知無線網(wǎng)絡理論體系。首先，為達到認知無線網(wǎng)絡可認知性、適變性和自主優(yōu)化能力的內在統(tǒng)一，本項目提出構造基于多平面的、具有適變特性的認知無線網(wǎng)絡體系結構，將認知平面從控制平面中分離，通過智能映射

22、形成網(wǎng)絡的邏輯統(tǒng)一，增強無線網(wǎng)絡的認知、自主和端到端重構能力，并在此基礎上建立滿足端到端效能的認知服務體系，從而達到有效解決異構網(wǎng)絡融合的目標。其次，從多平面的角度出發(fā)，以適應認知無線網(wǎng)絡的自主決策、網(wǎng)絡重構與端到端性能的需求為目標，提出具有預測推理能力的多域認知理論與方法。針對認知無線網(wǎng)絡如何實現(xiàn)認知信息的海量攝入、傳遞融合與挖掘利用問題，從多域本地認知研究入手，為認知流提供認知信息的海量攝入；從有效表達、高效傳遞與分布處理出發(fā)進行一體化考慮，實現(xiàn)認知信息的合理流動與融合；從預測推理角度進行認知信息的挖掘，實現(xiàn)認知信息的高效運用。再次，通過建立認知無線網(wǎng)絡的矢量資源空間模型，并分析廣義資源矢

23、量的空間特征和“資源移動性”，對網(wǎng)絡資源的動態(tài)特征進行刻畫。提出認知無線網(wǎng)絡的自適應決策理論和聯(lián)合資源分配方法，建立認知無線網(wǎng)絡的傳輸模型和逼近網(wǎng)絡傳輸容量的傳輸體制設計準則，以有效解決網(wǎng)絡資源差異性所引起的靜態(tài)、離散管理、可控性差的難題。最后，基于上述研究成果，構建認知無線網(wǎng)絡驗證演示平臺，面向異構網(wǎng)絡融合的典型應用場景，進行綜合實證研究。綜上，本項目的總體學術思路是：以多平面的、具有適變特性的網(wǎng)絡體系結構為依托，以具有預測推理能力的多域認知理論與方法研究為切入點，以自主資源管理、適變的無線傳輸和端到端重構為手段，形成系統(tǒng)性的認知無線網(wǎng)絡原理、工作機制以及體系結構標準。4.2技術途徑4.2.

24、1 認知無線網(wǎng)絡體系結構與協(xié)議研究本項目所提出的認知無線網(wǎng)絡結構分為三部分：異構無線網(wǎng)絡、認知邏輯網(wǎng)絡和滿足端到端效能的認知服務體系。認知無線網(wǎng)絡的新型體系結構模型。其中異構無線網(wǎng)絡包括gsm、wcdma、td-scdma、wlan、802.22、wimax以及l(fā)te等。在認知邏輯網(wǎng)絡中，通過引入智能映射機制，可以將異構網(wǎng)絡映射為一個統(tǒng)一網(wǎng)絡。提出認知平面和認知流的概念，通過引入新的認知平面，將認知和控制相分離，可以有效的提高認知和決策效率，增加認知網(wǎng)絡的靈活性。業(yè)務流在業(yè)務平面的各層協(xié)議間傳遞；控制流在控制平面的各層協(xié)議間傳遞。認知流指從外部環(huán)境攝取的認知信息以及經(jīng)過學習/推理/決策得到的反

25、饋信息，在認知平面的各層協(xié)議間傳遞。認知流是一個全新的概念，它獨立于業(yè)務流和控制流，承載環(huán)境認知信息、學習和推理信息、資源優(yōu)化配置信息和智能決策等信息，在認知網(wǎng)絡相應節(jié)點/實體中傳遞，從而增強無線網(wǎng)絡的認知、自主和重構能力。基于統(tǒng)一的邏輯網(wǎng)絡，可以提供網(wǎng)絡各節(jié)點/實體之間、網(wǎng)絡與網(wǎng)絡之間的合作平臺，構建滿足端到端效能的認知服務體系。 （1）認知網(wǎng)絡結構設計異構無線網(wǎng)絡的環(huán)境信息是動態(tài)變化的，需要研究智能映射機制對各種動態(tài)信息進行統(tǒng)一處理。進而研究動態(tài)組網(wǎng)方案，通過自適應的任務劃分和智能拓撲構建，使認知無線網(wǎng)絡具有自主選擇異構網(wǎng)絡，智能適配網(wǎng)絡變化的能力，從而保證端到端的效能。在此基礎上，提出業(yè)

26、務/控制/認知平面的劃分準則，進一步分解和設計具有認知、自主和重構能力的功能實體。（2）協(xié)議原型設計協(xié)議原型設計的目標是構建與具體技術和設備無關的，可以適應多種網(wǎng)絡的統(tǒng)一協(xié)議結構。基于認知平面、業(yè)務平面和控制平面的劃分，建立各平面的交互模型，對各平面的功能和協(xié)議進行設計。進一步提出基于策略的具有認知能力的協(xié)議優(yōu)化策略和方法，提高網(wǎng)絡的運營效率。（3）網(wǎng)絡性能優(yōu)化引入認知平面，采用自主優(yōu)化的手段，從無線傳輸、動態(tài)頻譜管理與聯(lián)合的無線資源管理幾個不同層面提高網(wǎng)絡整體資源利用效率，解決有限的網(wǎng)絡資源與不斷增長的業(yè)務需求的矛盾，達到異構網(wǎng)絡自主無線傳輸、智能無線資源管理和控制機制的最優(yōu)化。端到端效能優(yōu)

27、化問題可以歸結為多個個體的競爭和協(xié)作問題，這些問題可通過凸優(yōu)化、博弈論等數(shù)學工具進行建模分析和優(yōu)化，提出優(yōu)化策略。（4）滿足端到端效能的認知服務體系在認知服務體系中，本課題建立移動業(yè)務的認知模型、端到端效能評價方法以及認知無線網(wǎng)絡優(yōu)化機制?；谡J知平面與認知功能實體，可以對各種移動業(yè)務進行認知功能建模，獲取主/客觀技術參數(shù)，用于端到端效能評價模型。端到端效能的指標體系既包括qos指標（如誤碼率、時延、吞吐量、容量等），也包括用戶滿意度指標（如業(yè)務可用性、易用性、保真度、費用等）和網(wǎng)絡滿意度指標（如網(wǎng)絡適變性、網(wǎng)絡運營成本、網(wǎng)絡匹配度等）。對于傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡，主要關注qos指標，對于用戶/網(wǎng)絡滿意

28、度難以完全滿足。而認知無線網(wǎng)絡通過端到端可重構和網(wǎng)絡適變方式，可以充分滿足端到端效能的指標要求。我們需要針對端到端效能，建立評價準則和評價模型，然后得出一個綜合的評價結果。在此基礎上，為了提高端到端效能，需要進一步研究認知邏輯網(wǎng)絡與端到端效能評價體系的信息交互機制，從而實現(xiàn)自主優(yōu)化的功能。4.2.2 無線網(wǎng)絡認知基礎理論與方法研究針對海量認知信息的攝入問題、認知信息的泛濫問題、認知信息的挖掘等問題，本課題提出了多域認知理論與方法，框架分為三層：多域本地認知層、多域協(xié)同認知層與多域主動認知層。多域認知理論與方法的研究方案如圖3所示。研究思路是首先構建認知理論體系；其次在重點研究無線頻譜認知的基礎

29、上，研究多域本地認知，實現(xiàn)認知信息的海量攝入；繼而針對海量認知信息，從有效表達、高效傳遞與協(xié)同處理出發(fā)進行一體化研究，實現(xiàn)認知信息的合理流動與可信融合；然后從預測推理角度進行認知信息的挖掘，實現(xiàn)認知信息的高效運用；認知信息的挖掘包括從不完全的認知信息得到較為完整的認知信息，從先驗認知信息得到預測認知信息；最后，研究面向不同系統(tǒng)能力和需求的動態(tài)環(huán)境認知策略。（1）多域本地認知理論與方法研究多域本地認知以信號檢測與估計、模式識別等理論為基礎，從無線環(huán)境、網(wǎng)絡環(huán)境、用戶環(huán)境三域出發(fā)，進行認知信息的獲取機理研究。建立資源空間感知模型，提出多維邊緣檢測方法，確定資源的占用邊界，提升頻譜的利用率；從異構網(wǎng)

30、絡的類型識別、路由質量、網(wǎng)絡狀態(tài)、網(wǎng)絡配置、網(wǎng)絡行為等角度出發(fā)，研究網(wǎng)絡環(huán)境認知；通過對業(yè)務感知機理、用戶需求等方面研究實現(xiàn)用戶環(huán)境認知，使得用戶需求能夠與無線網(wǎng)絡能力動態(tài)匹配，從而保證了端到端效能。三個空間域分別從參量、狀態(tài)、行為三個屬性域進行認知信息的獲取機理研究。多域本地認知將實現(xiàn)本地范圍內環(huán)境認知信息的獲取，為認知流提供輸入。在本地認知中，無線環(huán)境的認知是較為復雜困難的，特別是無線頻譜環(huán)境的認知。本方面研究將以頻譜檢測為中心建立超頻譜空間多維綜合感知模型，采用小波等時頻分析方法，并結合分布式協(xié)同定位和地理信息，實現(xiàn)多維空穴的邊緣檢測。（2）多域協(xié)同認知理論與方法研究以數(shù)據(jù)挖掘、網(wǎng)絡編碼

31、等理論為基礎，進行認知信息的有效表達、高效傳遞、分布處理，融合等方面的研究。研究認知信息的有效表達、映射方法，在維護認知信息的完整性和無二意性前提下提高信息表達的效率；提出采用認知信息節(jié)點融合與分離技術來實現(xiàn)高效的認知信息傳遞方法。擬采用多智能體協(xié)同的基本思想進行多域認知信息的分布處理；采用證據(jù)理論來融合認知用戶的感知信息，提升認知信息的融合性能。（3）多域主動認知理論與方法研究本部分研究內容包括預測推理、學習算法與認知信息共享，側重在前兩個問題的研究。研究中以機器學習等理論為基礎，研究認知參量隨環(huán)境變化趨勢，建立預測推理機制，將傳統(tǒng)的認知-溯源-決策-反應環(huán)縮減為認知-反應-修正環(huán)；以環(huán)境認

32、知信息為基礎，考察已有的機器學習方法，或對幾種學習方法進行融合，選擇收斂性、穩(wěn)定性、處理能力等方面均能滿足認知網(wǎng)絡要求的學習方法。（4）動態(tài)環(huán)境下的認知策略研究面向系統(tǒng)能力和需求，研究在簡單環(huán)境與復雜環(huán)境、即時響應環(huán)境與延時響應環(huán)境、動態(tài)確定響應環(huán)境與模糊響應環(huán)境、多目標多精度響應等不同環(huán)境下的策略準則和機制，以及不同策略準則下的決策手段。4.2.3 智能的動態(tài)網(wǎng)絡資源管理模型與控制機制研究在感知、學習、推理等智能引擎的支撐下，通過對無線環(huán)境、網(wǎng)絡環(huán)境和用戶環(huán)境的認知，獲得可用的認知資源、頻譜資源限制、網(wǎng)系分布、地理條件等資源，在資源空間內形成矢量資源池。為了實現(xiàn)異構網(wǎng)絡中端到端效能的目標，

33、利用資源共享博弈等動態(tài)管理和優(yōu)化模型，通過網(wǎng)絡認知單元的信息交互和協(xié)調，形成優(yōu)化的資源分配方案和控制方法，實現(xiàn)認知網(wǎng)絡中資源的動態(tài)、智能管理與控制機制。智能的動態(tài)網(wǎng)絡資源管理與控制的研究方案： 1）動態(tài)矢量資源的基本理論和構建方法任何資源和資源需求都可以用廣義矢量資源空間網(wǎng)格中的一個矢量來表示。依據(jù)資源分布，建立資源使用約束條件，將資源矢量劃分為可用資源矢量、己用資源矢量和禁用資源矢量。資源使用的決策實際上就可轉化為可用資源矢量和資源需求矢量匹配的過程。 在這種思想的指導下，根據(jù)不完整、不一致和不確定的資源信息，利用廣義矢量資源空間網(wǎng)格，實現(xiàn)資源特征信息的識別、匯聚、組織、描述，建立認知無線網(wǎng)

34、絡統(tǒng)一的資源特征描述和表達方法。2）認知無線網(wǎng)絡資源動態(tài)管控理論為了實現(xiàn)網(wǎng)絡資源的有序和優(yōu)化共用，面向異構無線網(wǎng)絡資源按需獲取的目標，建立動態(tài)無線資源智能管控的基本理論。利用認知無線網(wǎng)絡下資源博弈的特點，通過在純策略的模型中引入策略選擇的順序、外生事件概率等多種關鍵因素，擴展博弈理論，形成基于多用戶博弈的動態(tài)資源管理控制機制和方法。為了實現(xiàn)跨網(wǎng)系資源的聯(lián)合優(yōu)化共用，需要研究網(wǎng)間無線資源聯(lián)合管理的理論與方法。首先根據(jù)網(wǎng)間協(xié)調使用準則，建立聯(lián)合管理目標函數(shù)，然后利用動態(tài)門限檢測手段，分析網(wǎng)間資源聯(lián)合使用需求，確定聯(lián)合管理策略，實現(xiàn)對資源的協(xié)調和一體化優(yōu)化利用。將資源使用情況變化、資源的占用和釋放等

35、動態(tài)行為，抽象為資源移動性特征，并對其進行統(tǒng)一的矢量建模，然后建立多個用戶之間“資源移動性”的關系并進行分析，研究“資源移動性”對資源管理的影響，建立多用戶資源管理控制機制和方法。3）認知無線網(wǎng)絡資源動態(tài)分配方法首先，在資源矢量空間，利用神經(jīng)網(wǎng)絡、博弈論及拓撲演化等技術，對資源使用需求、資源調整需求等進行多粒度的矢量建模，通過可用資源矢量的相關分析，給出可分配資源的預案，進一步考慮端到端效能，通過多目標優(yōu)化，給出資源使用的優(yōu)化分配方法。4.2.4 基于認知的無線網(wǎng)絡傳輸機制研究基于認知的無線傳輸機制的工作機理，分為自主控制與適變機制和認知傳輸體制兩部分。自主控制與適變機制根據(jù)對多域環(huán)境的認知，

36、結合資源管理與配置信息，針對端到端的目標，通過學習和推理，得到匹配網(wǎng)絡模式的最佳傳輸模式，通過與無線傳輸處理進行交互，控制無線傳輸?shù)哪Ｊ胶头椒?，以匹配網(wǎng)絡模式。認知傳輸體制部分則通過與控制和適變機制部分的交互，利用其獲知多域環(huán)境的認知信息、資源配置信息和端到端效能目標后，得到與認知無線網(wǎng)絡環(huán)境相匹配的最優(yōu)傳輸參數(shù)和信息處理模式?；谏鲜龉ぷ鳈C理，研究的方案：以滿足認知無線網(wǎng)絡端到端效能的無線傳輸機制為目標，以認知無線網(wǎng)絡端到端的無線傳輸容量分析和基于認知的無線傳輸?shù)淖詫W習、自推理與自適變機制研究為出發(fā)點，最終獲得逼近網(wǎng)絡傳輸容量的具有自主控制和適變能力的認知無線網(wǎng)絡傳輸機制。研究認知無線網(wǎng)絡的

37、傳輸模型對于揭示其容量隨動態(tài)網(wǎng)絡環(huán)境的變化規(guī)律以及認知對容量的影響和作用都具有重要的意義。通過建立認知無線網(wǎng)絡的異構優(yōu)先級（主次）傳輸模型和對等共存?zhèn)鬏斈Ｐ?，利用網(wǎng)絡信息論中關于干擾信道理論、具有信道邊信息（side information）的信道容量理論以及現(xiàn)有無線網(wǎng)絡容量理論，在完全認知和不完全認知的條件下，得出認知無線網(wǎng)絡端到端傳輸?shù)娜萘坎@得逼近該容量的傳輸體制設計準則?；趥鬏斎萘康难芯拷Y果和逼近容量的傳輸體制的設計原則，研究適合于認知無線網(wǎng)絡的新型傳輸方法，主要包括：1）支持空間頻譜共享的傳輸信號設計：由于認知無線傳輸鏈路在頻譜共享的條件下實際上可以等效為收發(fā)狀態(tài)不完全一致且譜受限

38、的隨機波形信道，因此必須在譜受限和次優(yōu)先級限制條件下，最優(yōu)地設計能滿足網(wǎng)絡干擾約束、并支持認知無線網(wǎng)絡多用戶接入并易于自主接收和分離的認知傳輸信號，從而實現(xiàn)真正的共享傳輸；2）機會式干擾抵消（oic）：為實現(xiàn)異構網(wǎng)絡之間的頻譜共享，認知無線網(wǎng)絡可以在無線環(huán)境感知和自主學習的基礎上根據(jù)主網(wǎng)絡信號的各種特征來自主地擇機抵消其干擾，從而實現(xiàn)自身的最佳傳輸。這是多用戶信息論中強干擾信道有關理論在認知無線環(huán)境中的絕妙運用。3）認知多天線與認知多波束成形（cognitive beamforming）：多天線作為寬帶無線通信系統(tǒng)中容量增強的主要手段，在認知的條件下卻受到極大的限制，即除發(fā)送功率約束之外，還受

39、到由主網(wǎng)絡所決定的干擾功率約束，只有充分考慮上述兩種約束才可能最佳空時傳輸模式。作為利用多天線提高頻譜共享效率的新型手段，認知多波束成形在動態(tài)跟蹤主用戶的干擾特征的基礎上，機會式地采用正交或者空間譜受限的波束來進行傳輸，從而顯著增加空間頻譜共享的效率和自由度。 另一方面，基于認知的無線傳輸自主學習、自推理、自適變機制，研究無線傳輸與網(wǎng)絡模式匹配的自主適變機制和方法。從馬爾可夫決策過程和博弈論出發(fā)，完成局部區(qū)域的無線傳輸資源動態(tài)集構建，并在局部信息條件下，運用非完全信息的合作博弈方法完成網(wǎng)絡所需無線傳輸資源子集的動態(tài)選擇與組合，為網(wǎng)元間傳輸提供最優(yōu)化無線傳輸資源，解決無線傳輸資源的自主控制問題。

40、在異構網(wǎng)絡融合的場景中，采用允許非互易協(xié)同（non-reciprocal cooperation），基于非合作博弈理論，研究并建立自主傳輸?shù)男в煤瘮?shù)模型，通過理性用戶的本地決策，決定參與傳輸?shù)幕顒庸?jié)點集合。4.2.5端到端重構機理研究在對認知無線環(huán)境、網(wǎng)絡環(huán)境和用戶環(huán)境的認知并智能決策后，需要利用重構機理，執(zhí)行接收到的策略信息并作用于環(huán)境。這一過程的實現(xiàn)是提升端到端效能的重要途徑。認知無線網(wǎng)絡中的端到端重構機理研究在多域認知的基礎上，以端到端效能為目標，形成優(yōu)化的重構方案，實現(xiàn)網(wǎng)絡高效自主適變。端到端重構通過異構無線通信系統(tǒng)中所有相關功能模塊和網(wǎng)元之間的配合與協(xié)同，構建重構管理框架，并根據(jù)框架

41、中的相關功能模塊設計重構機制。1）構建端到端重構管理框架在認知無線網(wǎng)絡體系結構中建立相應的功能模塊進行重構管理實現(xiàn)端到端重構，其中包括重構策略、重構管理、重構軟件服務等不同的功能模塊。這些功能模塊負責不同網(wǎng)絡域的網(wǎng)元重構行為，通過規(guī)范化的信息交互、協(xié)調，并通過認知、學習等過程，形成最佳的重構策略。不同邏輯實體之間需要建立高效的網(wǎng)絡拓撲以及靈活的網(wǎng)絡部署和規(guī)劃，并設計標準化的接口、協(xié)議、流程，進而能夠實現(xiàn)整體網(wǎng)絡和終端的重構管理與控制。所有邏輯實體以及它們之間的相互對應關系、接口協(xié)議、信令流程等構成了端到端重構管理平臺。為了能夠實現(xiàn)自主端到端重構，各網(wǎng)絡協(xié)同工作，形成有機的整體。因此，本課題將自

42、主控制引入到端到端重構管理平臺，使其具有開放、靈活的信息交互和共享機制，并具有自主學習和決策能力，進而形成自適應的重構策略，有效控制各網(wǎng)絡域中的重構過程。 2）端到端重構機制首先，利用網(wǎng)絡重構的細粒度構件化方法，分析重構的模式和參數(shù)等，并定義一系列通用的構件模塊，將重構對象及其重構行為，包括協(xié)議、軟件、模式等，進行模塊化分解。運用軟件系統(tǒng)工程設計思想進行構件功能及粒度的劃分，并使用圖論及方法對構件關系進行抽象和關聯(lián)，進而實現(xiàn)高效的重構。其次自主重構要求做到根據(jù)不同環(huán)境進行有效的重構，以端到端效能為目標，設計從高層到底層目標策略的智能目標轉化方法，并結合構件化分解方法，形成自主端到端重構功能。此

43、外，需要研究構件模塊的描述方法和度量空間，具體化其構件對重構性能和服務的影響，構造構建模塊的度量矩陣和重構的度量方法。本課題將設計智能檢測和觸發(fā)方法，并基于目標策略的映射和構件模塊度量空間，進行構件模塊的最優(yōu)篩選，建立最優(yōu)的重構方法。提出基于組件的協(xié)議拓撲概念，設計具備可重構能力的協(xié)議棧，使得協(xié)議棧能夠依據(jù)業(yè)務環(huán)境和網(wǎng)絡環(huán)境進行自主調整，從而實現(xiàn)異構無線網(wǎng)絡的靈活、高效融合。最后，本課題將定義重構性能能的關鍵指標，如重構構件模塊數(shù)量、構件模塊的可重構性、構件模塊的實際匹配程度、重構運行的效果等，設計指標相應的度量空間，研究自主評估機理，進而提高自主重構中的自學習和自優(yōu)化能力。4.2.6認知無線

44、網(wǎng)絡驗證演示平臺建設與試驗在適變的無線認知網(wǎng)絡總體設計思想下，根據(jù)無線認知網(wǎng)絡的基礎理論、無線認知網(wǎng)絡體系結構以及網(wǎng)絡自主傳輸、控制與優(yōu)化的原理和方法，建設認知無線網(wǎng)絡驗證演示平臺，驗證并評估相關理論與關鍵技術。演示平臺的設計以理論分析為依據(jù)，通過建模、仿真、分析，首先設計驗證平臺，再針對平臺得到的數(shù)據(jù)進行再分析和反饋，指導理論研究，重新修正建模與仿真方法，最終完善設計，從而達到有效評估本項目提出的理論、方法與關鍵技術的目標。驗證演示平臺從功能上由4部分組成，1）認知無線網(wǎng)絡體系結構的驗證與演示。實現(xiàn)認知無線網(wǎng)絡功能實體，認知平面、網(wǎng)絡業(yè)務平面和控制平面的接口，實現(xiàn)各平面協(xié)議及信息交互，達到認

45、知與控制功能的分離，從原理上演示與驗證基于多平面的、滿足適變性的認知網(wǎng)絡運行方式；2）多域信息認知原理、機理和方法的驗證與演示。平臺實現(xiàn)從無線環(huán)境、網(wǎng)絡環(huán)境和用戶環(huán)境對認知信息的獲取、挖掘、組合、分析、推理，最終形成認知流，并對這一認知過程中的基礎理論和關鍵算法進行驗證； 3）認知無線網(wǎng)絡的關鍵技術和方法的驗證與演示。包括動態(tài)組網(wǎng)、拓撲構建、資源分配與管理算法、自主傳輸算法和端到端重構相關算法等，對異構網(wǎng)絡的自主和可重構功能進行驗證。4）平臺在綜合考慮無線環(huán)境、網(wǎng)絡環(huán)境和用戶環(huán)境因素的基礎上，驗證認知網(wǎng)絡評估理論與標準，對網(wǎng)絡性能等進行監(jiān)測與分析，評估網(wǎng)絡端到端效能。驗證演示平臺不僅將驗證演示

46、新型認知網(wǎng)絡的功能，還將演示現(xiàn)有網(wǎng)絡與基于多平面的認知無線網(wǎng)絡的融合關系與及現(xiàn)有網(wǎng)絡向智能化網(wǎng)絡演進的方案，演示系統(tǒng)中網(wǎng)絡包括現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)絡（gsm/gprs、cdma2000）、城域網(wǎng)絡（wimax）、短距離無線網(wǎng)絡（wlan802.11/b/g/n）以及未來的具有認知功能的網(wǎng)絡等。終端包括現(xiàn)有的各種網(wǎng)絡制式的終端和基于軟件無線電和認知無線電的可重構終端。現(xiàn)有網(wǎng)絡可作為虛擬認知網(wǎng)絡的接入部分，通過智能映射機制，分配統(tǒng)一的網(wǎng)絡標識，進行統(tǒng)一地管理與控制，就可以穿越該網(wǎng)絡訪問不同類型的其它網(wǎng)絡，具有較強的適變性，而且還利用對無線環(huán)境、網(wǎng)絡環(huán)境和用戶環(huán)境的認知結果，進一步提高網(wǎng)絡的性能，異構網(wǎng)之間

47、不再是簡單的互聯(lián)互通，而是達到高層次、高效率的融合。4.3主要創(chuàng)新點與特色（1）提出認知和控制信息分離的認知無線網(wǎng)絡結構模型本項目在國內外首次創(chuàng)建了認知平面、業(yè)務平面和控制平面的具有適變特性和端到端重構能力的認知無線網(wǎng)絡體系結構。創(chuàng)新地提出認知和控制分離的設計思想，引入新的認知平面，以及承載認知信息的認知流，建立靈活的邏輯統(tǒng)一網(wǎng)絡框架，增強無線網(wǎng)絡的認知、自主和端到端重構能力，達到有效解決異構網(wǎng)絡融合的目標。（2）提出具有預測推理能力的多域認知理論與方法本項目創(chuàng)新性地提出了具有預測推理能力的多域認知理論與方法。它超越了傳統(tǒng)認知無線電的范疇，提出了一個包括多域本地認知層、多域協(xié)同認知層和多域主動

48、認知層的三層認知理論體系框架。有效解決了認知信息的海量攝入、傳遞融合和挖掘利用，實現(xiàn)了由單域認知到多域認知、用戶級認知到網(wǎng)絡級認知的飛躍。（3）提出支持“資源移動性”的矢量資源空間模型、自適應決策方法以及支持可變粒度的聯(lián)合分配方法本項目創(chuàng)新性地建立了認知無線網(wǎng)絡的矢量資源空間模型，提出了 “資源移動性”概念，刻畫了網(wǎng)絡資源的動態(tài)特征。此外在資源博弈決策的基礎上，提出了認知無線網(wǎng)絡的自適應決策理論，并通過對需求、資源的多粒度建模，形成了支撐可變粒度的聯(lián)合資源分配方法，有效解決了網(wǎng)絡資源差異性所引起的靜態(tài)、離散管理和可控性差的難題。（4）提出逼近網(wǎng)絡傳輸容量的具有自主控制和適變能力的認知無線網(wǎng)絡傳

49、輸機制本項目在多域認知的基礎上，建立認知無線網(wǎng)絡的動態(tài)傳輸模型，并在端到端效能約束下獲得其傳輸容量，創(chuàng)新性地提出具有自主控制和適變能力的認知無線網(wǎng)絡傳輸機制，建立逼近其傳輸容量的傳輸體制設計準則，揭示該容量隨認知無線網(wǎng)絡動態(tài)環(huán)境變化的規(guī)律。（5）提出具有自學習和先驗智能決策能力的端到端重構機制本項目提出具有自學習和先驗智能決策能力的端到端重構機制，提出基于組件的協(xié)議拓撲概念，設計具備可重構能力的協(xié)議棧，使得協(xié)議棧能夠依據(jù)業(yè)務環(huán)境和網(wǎng)絡環(huán)境進行自主調整，從而實現(xiàn)異構無線網(wǎng)絡的靈活、高效融合。4.4可行性分析本項目從研究新型認知無線網(wǎng)絡體系結構的基礎理論入手，提出認知、控制分離的設計思想，構建具有

50、認知、決策和可重構能力的認知無線網(wǎng)絡。這既是對無線網(wǎng)絡發(fā)展規(guī)律的繼承，也是對無線網(wǎng)絡發(fā)展過程的革命性創(chuàng)新，是符合無線網(wǎng)絡技術發(fā)展的客觀規(guī)律的。首先從創(chuàng)新性機理、理論和關鍵技術方面進行可行性分析，然后從研究基礎與經(jīng)驗積累方面，最后從研究條件與研究隊伍方面，進行可行性分析。（1）創(chuàng)新性理論和關鍵技術的可行性分析現(xiàn)代無線網(wǎng)絡的飛速發(fā)展，由于環(huán)境變化、需求差異、技術進步、業(yè)務迅速增長、投資保護等因素造成了多個異構無線網(wǎng)絡并存的局面，雖然能夠滿足一時需求，但也暴露出諸多弊?。褐饕羞\營復雜、維護成本高昂；資源分布不平衡、利用效率低下。這些弊病歸根到底是由于傳統(tǒng)網(wǎng)絡結構封閉僵化，不能適應未來無線網(wǎng)絡智能化

51、、適變性的要求。因此研究具有認知能力的新型無線網(wǎng)絡體系結構勢在必行。有鑒于此，本項目創(chuàng)新性的提出了可行的認知無線網(wǎng)絡體系結構，引入了認知平面和認知流概念，將認知信息和控制信息相分離，并貫穿到無線網(wǎng)絡的認知過程和自主管理/控制過程。在無線網(wǎng)絡體系結構發(fā)展過程中，業(yè)務與控制的分離導致了網(wǎng)絡性能的飛躍，體現(xiàn)了網(wǎng)絡結構設計中分離思想的威力。應用這種設計思想構建認知無線網(wǎng)絡體系結構，具有設計原理的優(yōu)越性和設計方法的可行性。在認知無線網(wǎng)絡體系結構的基礎上，為了滿足無線網(wǎng)絡智能化要求，構建了多域認知基礎理論框架。該理論框架從認知流的獲取對象出發(fā)，提煉出“多域認知”新概念；從認知流中認知信息的獲取/表達/傳遞

52、/處理/預測過程出發(fā)，給出一個三層理論體系結構框架，即“多域本地認知層”、“多域協(xié)同認知層”與“多域主動認知層”。進一步，為了提高無線網(wǎng)絡端到端效能，創(chuàng)建了認知無線網(wǎng)絡的自主管理與控制關鍵技術體系。提出矢量資源空間模型、資源管理的自適應決策和智能控制機制，可變粒度聯(lián)合資源分配方法；設計能夠逼近網(wǎng)絡傳輸容量且具有自主控制能力的傳輸機制,提出資源管理和傳輸機制的聯(lián)合優(yōu)化設計方法。上述理論與技術的原創(chuàng)性突破為項目的實施奠定了堅實基礎。(2)研究基礎與科研積累可行性分析本項目組的各個單位都有多年從事信息通信領域研發(fā)的經(jīng)驗，先后承擔過國家高技術研究發(fā)展計劃（863）、國家自然科學基金、國家科技攻關計劃和

53、國防重大型號研制等上百項科研項目（詳見申請書的第八章）。項目組在這些雄厚的研究基礎上積累了豐富的理論基礎與工程經(jīng)驗，先后取得了一系列處于領先地位的學術成果，其中一部分已經(jīng)完成了實用轉化，很多成果可直接或間接應用于本項目中，為本項目奠定了良好的研究基礎。本項目組承擔單位還參與了美國、歐盟在認知無線領域的研究項目，密切跟蹤國外在該領域的研究動態(tài)，掌握了最先進的實現(xiàn)技術，并具有很多創(chuàng)新性的研究成果。項目組在先前的重大研究項目中積累的寶貴經(jīng)驗以及多年形成的創(chuàng)新求實的科研精神，完全具備了承擔國家重點基礎研究發(fā)展計劃項目的能力。(3)研究條件與團隊組織可行性分析本項目的承擔單位包括北京郵電大學泛網(wǎng)無線通信

54、教育部重點實驗室、北京郵電大學網(wǎng)絡與交換技術國家重點實驗室、西安電子科技大學綜合業(yè)務網(wǎng)理論及關鍵技術國家重點實驗室、總參61所、電子科技大學通信抗干擾技術國家級重點實驗室、解放軍理工大學、浙江大學信息與通信工程研究所、武漢大學軟件工程國家重點實驗室、和哈爾濱工業(yè)大學專用通信系統(tǒng)航天部重點實驗室，這些實驗室均是我國在通信領域的處于領先地位的單位。各單位均在無線通信領域進行了多年的研發(fā)，有著深厚系統(tǒng)的科研積累和技術儲備，特別是在自主創(chuàng)新方面，做出過顯著的成績，發(fā)表了數(shù)篇高水平的學術論文，申請了多項創(chuàng)新實用的專利，向國際標準化組織提交了一系列關鍵提案，培養(yǎng)了大批的通信人才，是我國信息通信領域科學研究

55、的主力軍。本項目的主要研究團隊結構合理，包括具有創(chuàng)新精神和科研領軍能力的首席科學家張平教授、在學術上造詣精深的周炯槃院士、陸建勛院士、李德毅院士、張乃通院士和劉韻潔院士、國內通信領域的著名專家以及一批銳意進取的青年學術骨干。團隊的各單位在學術研究方向上各有特色，形成了強強聯(lián)合的優(yōu)勢，在項目實施過程中可優(yōu)勢互補、分工協(xié)作、共同進取，這些都為項目的順利完成奠定了堅實的基礎。四、年度計劃年度研究內容預期目標第一年1) 認知無線網(wǎng)絡框架設計：重點研究認知無線網(wǎng)絡結構理論、動態(tài)組網(wǎng)方案、智能拓撲構建方法等；2) 功能實體與協(xié)議棧設計：對現(xiàn)有各種無線網(wǎng)絡協(xié)議棧功能進行綜合分析，提出認知無線網(wǎng)絡協(xié)議棧原型設

56、計基本方法；3) 認知無線網(wǎng)絡性能優(yōu)化：初步提出網(wǎng)絡優(yōu)化的原則和基本方法；4) 多域認知分層理論體系模型的初步研究；5) 基于經(jīng)典分數(shù)傅立葉變換域的信號表達分析與數(shù)字算法分析；基于廣義分數(shù)傅立葉變換的信號分類與變換；6) 網(wǎng)絡編碼的設計方法以及與多維參量的映射關系，給出網(wǎng)絡編碼的屬性分析；7) 研究認知無線網(wǎng)絡主動認知的過程；8) 研究無線環(huán)境、網(wǎng)絡環(huán)境的感知理論和用戶目標需求的認知問題；9) 研究認知無線網(wǎng)絡多域主動認知模型；10) 研究認知環(huán)境無線資源的抽象模型及相關基礎理論；11) 研究資源空間的特征描述方法；12) 研究資源空間、資源網(wǎng)格和資源圖譜等之間的映射關系；13) 研究資源管理

57、結構、維護和交流規(guī)則協(xié)議；14) 認知無線網(wǎng)絡仿真平臺的初步設計與建立；15) 中心控制認知無線網(wǎng)絡模式下，無線傳輸模型研究；16) 理想csi下，分析單傳輸鏈路認知無線信道容量；17) 理想csi下，探討認知多址信道無線傳輸信號設計理論和方法；18) 機會式干擾抵消算法設計；19) 單網(wǎng)絡模式下，無線傳輸與網(wǎng)絡模式的匹配模型和機制；20) 端到端重構管理框架模型與構建方法；21) 網(wǎng)絡行為的細粒度分解與功能重組的方法；22) 無線認知網(wǎng)絡驗證演示平臺整體系統(tǒng)框架規(guī)劃；23) 相關功能實體的定義和設計；24) 認知平面、網(wǎng)絡業(yè)務平面和控制平面間的接口定義；25) 各平面的協(xié)議及信息交互。問題解決和理論成果：1) 建立決策和自適應環(huán)路模型和學習環(huán)路模型；2) 建立無線環(huán)境、網(wǎng)絡環(huán)境及用戶目標需求的認知模型與方法；3) 提出認知環(huán)境無線資源表征結構和資源空間體系；4) 提出管理結構、維護控制方式和管理層面信息交流的規(guī)則協(xié)議；5) 提出中心控制網(wǎng)絡模式下的認知無線傳輸模型；6) 給出衰落信道下，單一用戶無線傳輸容量；7) 給出發(fā)射功率和干擾功率約束的條件下的，認知多用戶聯(lián)合功率分配優(yōu)化模型；8) 給出機會式干擾抵消算法；9) 給出單網(wǎng)絡模式下，無線傳輸與網(wǎng)絡模式的自適應匹配機制；10) 構建認知無線網(wǎng)絡端到端重構體系結構；