[發明專利]認知傳感器網絡中一種基于能耗的分簇頻譜感知方法

有效

• 申請號: 201110351573.5
• 申請日: 2011-11-09
• 公開（公告）號: CN102412915A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 朱琦;張麗紅;朱洪波;楊龍祥
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04B17/00
• 分類號: H04B17/00;H04W16/14;H04W84/18;H04L25/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明涉及一種特別用于認知傳感器網絡的頻譜感知方法，屬于通信技術領域。

背景技術

認知無線電是一種提高頻譜利用率的技術，它允許次網絡(用戶)從主授權網絡(用戶)中借用未使用的無線頻譜，或者與主授權網絡(用戶)共同使用頻譜。作為智能的無線通信系統，認知無線電技術最關鍵的部分之一是頻譜感知。認知無線電必須不斷感知其所使用的頻段，以檢測主用戶是否正在使用此頻段。一旦主用戶被檢測到，認知無線電必須立即將其次用戶從此頻段中撤回，以使對主用戶的可能出現的干擾達到最小。認知無線電的旨在提高頻譜利用率的目的使得它可以在很多方面的到應用。無線傳感器網絡便是其中之一。

傳統的無線傳感器網絡固定分配所用頻譜，且其通信和處理資源受到微小的傳感器節點的限制。而一個由裝備有認知無線電的傳感器節點組成的無線傳感器網絡，能夠從認知無線電的潛在能力受益。這便是認知傳感器網絡CRSN，其潛在能力有：動態頻譜接入、突發流量時的機會式信道利用、多個同時存在的無線傳感器網絡的疊加式部署和不同頻譜規則下的通信。一般，一個認知無線電傳感器網絡可以定義為若干個認知無線電傳感器節點的分布式網絡，這些節點感知事件信號并動態地以多跳的形式在可用頻段協作通信他們所感知到的一切，最終滿足特殊應用的需求。然而，認知傳感器網絡面對新的挑戰：傳感器節點固有的資源受限、額外的以實現認知無線電能力的通信和處理需求、低損耗和高能量利用率的認知傳感器節點的設計、在密集地部署有傳感器網絡的授權和未授權頻帶上的多跳機會式通信等。

由于受到陰影、多徑衰落或者建筑物中穿透損耗的影響，有些次用戶無法正確感知到主用戶的存在，此時，授權用戶將遭到嚴重的干擾，即隱終端問題。為了解決隱終端問題，可以采用多認知用戶協作進行頻譜感知。協作頻譜感知實際上建立了空間分集，利用了相同數據在不同終端不同傳輸路徑的多接收的優勢。當認知傳感器網絡規模變得相當大時，認知用戶和融合中心分布于更大的地理區域，使得感知信道(從主用戶到次用戶)和報告信道(從認知用戶到融合中心或公共接收器)更易受到衰落或深陰影的影響，控制信道帶寬的限制又使協作頻譜感知隨認知用戶數的增加而面臨巨大的挑戰。于是引進了基于分簇的協作感知。要想解決隱終端問題，協作感知的用戶數要足夠多，但是參與檢測會消耗認知節點的能量，參與協作感知的節點越多，認知網絡的能量消耗越快，認知網絡的生存時間越短。如何使得認知傳感器網絡能夠同時獲得盡可能好的感知性能和盡可能長的生存時間成為了必須研究的問題。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種認知無線電系統中基于能耗的分簇頻譜感知方法，該方法可以有效地延長認知傳感器網絡的生存時間，節省網絡的能耗，并且保證良好的檢測性能。

技術方案：該方法引入基于節點能量的LEACH分簇算法，首先將認知傳感器網絡中的各個節點按該分簇算法分入若干簇內；然后在每個簇內，構造了同時考慮檢測性能和能量消耗的效用函數，基于該效用函數對最佳協作用戶數和用戶進行選擇，使每個簇內的檢測性能和能耗達到很好的折中；最后在匯聚節點運用OR規則將簇頭發送過來的感知信息進行融合，得到最終判決結果。

該方法包括以下步驟：

a.根據低能量自適應分簇分級機制將認知傳感網劃分為n個簇，并選取剩余能量最多的節點為簇頭，其它節點為普通次用戶，普通次用戶處于休眠狀態，簇頭根據簇內普通用戶的接收信噪比和能耗確定簇內參與協作的普通用戶并喚醒它們；

b.j＝1；

c.初始化簇j中次用戶數k_j＝1，根據計算簇j的虛警概率p_f，j，其中P_f是整個認知無線電網絡頻譜感知的系統虛警概率，n是該網絡的簇頭數，即簇數；

d.將簇j的N_j個認知用戶按接收信噪比從大到小排列，即有

e.根據i＝1，2，......，k_j，計算認知用戶i的頻譜感知檢測概率p_d，i，其中M為采樣數，γ_i是認知用戶i的接收信噪比，k_j為簇j中次用戶數，Q(a)為Q函數；

f.簇j的簇頭采用或融合規則，即只要有一個感知節點判為主用戶存在，這個簇頭就認為主用戶存在，則簇j的檢測概率同樣在匯聚節點也采用或融合規則，則網絡總的檢測概率