随着无线网络的飞速发展,人们对频谱带宽的要求也越来越高。与频谱带宽的可用性相比,使用频谱的设备数量增长非常快。由于目前的频谱分配机制是静态的,无法适应日益增长的带宽需求,所以频谱稀缺的问题日益突出。认知无线电网络(CRNs)是解决这一频谱稀缺问题的有效方法。认知无线电网络使得次用户能够利用暂时未被主用户占用的频谱带宽,以提高有限频谱资源的利用率。本文针对认知无线电网络中频谱切换机制展开分析与研究,具体工作内容如下:首先,本文研究了基于续传机制的强占式优先权排队网络模型,用来评估认知无线电网络中多信道多个频谱切换对信道利用率和广义传输时间的影响。根据认知无线电网络特点,利用强占式优先权排队模型描述主用户和次用户的优先级关系,并建立相应的服务队列,次用户在数据传输期间可能受到来自主用户的多次中断,这可能导致多次频谱切换。虽然频谱切换可以提高信道利用率,但由于多次切换,其传输时延也会增加。所以在本文提出的模型中采用混合排队-并列服务的排队方式,在此基础上分析主、次用户的频谱切换行为,从而推导出次用户的广义传输时间和系统信道利用率两项性能指标。通过数值模拟,分析了主、次用户到达率对信道利用率和广义传输时间的影响。其次,本文结合传统切换机制提出了一种新的主用户优先的自适应频谱切换机制。强调主用户的优先地位,并考虑主用户到达率对次用户的通信影响和限制次用户对主用户的干扰功率,以此自适应地决定执行主动切换机制或被动切换机制。在此自适应切换机制下建立了主次用户之间的Markov链,求出了相应的稳态概率。由稳态概率和不同状态下的吞吐量推导出系统吞吐量和信道利用率的解析表达式。又对次用户之间的通信建立了一个Markov链,推导出次用户之间传递控制信息的时间。数值结果表明提出的新的自适应切换机制比基于CSMA的接入方法具有更高的系统吞吐量和信道利用率,并且可以求出次用户之间的传递时间。