近年来,无线通信技术进入了快速发展时期。用户端的业务需求呈现出更加复杂且多元化的发展态势,导致无线频谱短缺问题日益突出。认知无线网络作为一种有效解决频谱短缺问题的新技术逐渐成为研究的热点。在一个认知无线网络中,通常有两类优先级不同的用户,授权用户与认知用户。本文从用户数据的接纳控制与传输控制出发,考虑不同的网络性能需求,研究合理的动态频谱资源分配策略。融合随机建模理论、经济学基本理论、博弈理论及群智能优化理论,进行多信道频谱分配策略的数学建模与系统性能优化。首先,提出并优化基于能量检测阈值的多信道频谱分配策略。为有效控制认知用户的漏检与误警引起的共享频谱干扰,引入能量检测阈值机制对认知用户数据的接纳进行控制。通过建立带多服务台共享干扰的优先级排队模型刻画两类用户的随机行为,并建立系统性能指标,评估能量检测阈值对系统性能指标的影响。最终折衷系统性能指标构建系统成本函数,采用Logistic混沌初始化种群,改进教-学优化算法,给出信道能量检测阈值的优化设置方案。其次,提出并优化基于动态预留的多信道频谱分配策略。为平衡认知无线网络中两类用户的响应性能,针对授权频谱的预留比例设计动态预留方式,同时引入信道开启阈值机制,对认知用户数据的传输进行控制。通过建立带可变服务率的优先级排队模型刻画两类用户的随机行为,并建立系统性能指标,评估自适应控制因子与信道开启阈值对系统性能指标影响。最终折衷系统性能指标构建系统成本函数,将改进的教-学优化算法与遍历法结合,给出自适应控制因子与信道开启阈值的联合优化设置方案。再次,提出并优化基于周期性休眠的多信道频谱分配策略。为有效节省认知无线网络的能量消耗,引入异步多重休眠机制对认知用户数据进行传输控制。通过建立带异步多重休假的优先级排队模型刻画两类用户的随机行为,并建立系统性能指标,评估信道服务率与休眠参数对系统性能指标影响。最终折衷系统性能指标构建系统成本函数,采用指数递减方式平衡算法的全局探索和局部开发能力,改进教-学优化算法,给出信道服务率与休眠参数的联合优化设置方案。然后,提出并优化基于止步阈值与周期性休眠的多信道频谱分配策略。考虑系统节能的同时,为缓解无制约的认知用户数据的接入对系统造成的拥塞,引入止步阈值机制对认知用户数据的传输请求进行接纳控制。通过建立带有限容量与异步多重休假的优先级排队模型刻画两类用户的随机行为,并建立系统性能指标,评估休眠参数与止步阈值对系统性能指标影响。最终针对认知用户接入行为进行博弈分析,给出一个定价方案以实现社会收益最大化。最后,提出并优化基于唤醒阈值与周期性休眠的多信道频谱分配策略。考虑系统节能的同时,为提高认知用户的吞吐量,引入唤醒阈值机制对认知用户数据的传输进行控制。通过带有N-策略与异步多重休假的优先级排队模型刻画两类用户的随机行为,建立系统性能指标,评估唤醒阈值与休眠参数对系统性能指标影响。最终结合博弈理论讨论认知用户接入行为,给出一个定价方案以实现社会收益最大化。