文档介绍：认知无线电与认知网络CH08认知网络的跨层设计
Content
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
the challenge of Cross-Layer desgin of C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。
2019/3/8
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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、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-Layer Signalling Shortcuts）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。
《From Protocol Stack to Protocol Heap
– Role-Based Architecture》的作者Branden 等人提出的RBA(Role Based Architecture)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。
2019/3/8
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CRN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
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>>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Ad Hoc 网络的频谱感知聚合到物理层，分组调度聚合到MAC层。
>>优化无线网络中的最大吞吐量和最小化能量消耗之间的关系。提出了一种跨层联合链路调度和功率控制的方式。
采用调度策略l 时链路i 的系统速率
采用调度策略l时链路i 的发送功率
采用效用函数算法选取调度策略和功率分配使效用函数值达到最大。有效利用功率的同时提高系统吞吐量。
认知无线电支持无线网络物理层的基本参数，如发送功率和星座图大小的动态控制，这种动态控制欲传统无线电固定的资源分配方式相比，极大地提高了系统性能。
频谱共享、流程演算与认知无线电网络干扰的联合设计的最优跨层架构。
在给定的多个源节点到目的节点的多种传输要求下，推算出一种混合整数线性规划形式的最优化问题，求解出一条公平的路由选择。
>>多跳网络中，链路的容量是会随着干扰、信道条件、衰落等因素而改变的。
>>无线网络中，丢包可能会因为拥塞、信道差错或者节点移动等因素而产生。
>>因而，要优化端到端的传输机制，必须考虑链路容量的变化。
这种跨层设计的方式大致有两类：
# TCP的拥塞控制算法可以通过参考物理层收集的信息进行优化。
（ex:根据物理层收集的信息来判断丢包的原因——拥塞问题或者链路质量差，同时TCP采取的被动分析。）
# TCP和物理层控制方案进行联合优化。这其中涉及了更为复杂的算法、协议和实现过程。就不仔细探讨了。
跨层优化还可以在从应用层到物理层的其他不同协议层之间执行。
ex:超级层——将不同的协议层合并成一层。虽然可以消除跨层信息传输信息所带来的开销，但与网络匹配的准确度会下降。
2019/3/8
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CN跨层设计方案
认知网络的跨层设计需要再设计单节点协议栈的跨层方案的同时考虑各节点之间如何跨层传输信息。
基于多方面的考虑，通常会选择能够适应现有分层模型特性的架