認知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綠色協(xié)作頻譜感知技術(shù)研究.pdf

1、認知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Cognitive Wireless Sensor Network,CWSN）將認知無線電（Cognitive Radio,CR）應(yīng)用到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks,WSNs）能夠有效解決傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)頻譜資源稀少的問題。頻譜感知作為認知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)之一，為發(fā)現(xiàn)并伺機接入空閑的授權(quán)頻段以提高頻譜資源的利用率提供了技術(shù)支撐。有效的高能效綠色協(xié)作頻譜感知模型不僅能準確刻

2、畫感知中的能量消耗，還可以實現(xiàn)主用戶和次用戶之間的頻譜共享，有效提高資源利用率。
　　首先闡述了CWSNs中現(xiàn)有協(xié)作頻譜感知模型的特點。根據(jù)次用戶的行為方式，將CWSNs中的協(xié)作頻譜感知技術(shù)可以分為非協(xié)作和協(xié)作兩種模型。針對非協(xié)作模型的協(xié)作頻譜感知，從隱藏節(jié)點、遮蔽效應(yīng)、多路徑衰退、不穩(wěn)定無線通信等4個方面介紹了非協(xié)作頻譜感知面臨的問題。圍繞能量消耗，協(xié)作模型的協(xié)作頻譜感知又包括審查、分簇、用戶選擇和兩次檢測四類。并詳細比較分析了

3、四種協(xié)作模型的性能。
　　圍繞高能效綠色協(xié)作頻譜感知技術(shù)，本文從審查和兩次檢測兩個角度分別提出了基于決策傳輸?shù)膮f(xié)作頻譜感知算法和基于兩次感知的協(xié)作頻譜感知算法。
　?。?）次用戶和融合中心之間的決策傳輸（Decision Transmission,DT）作為協(xié)作頻譜感知至關(guān)重要的一個部分，在協(xié)作頻譜感知中扮演關(guān)鍵性的角色。在傳統(tǒng)的DT中，每個次用戶使用一個正交信道傳送本地決定給FC，沒有考慮傳輸中包錯誤和包丟失，加重了頻譜稀

4、缺和能量消耗。本文提出了一種考慮了包錯誤和包丟失的節(jié)能可靠決策傳輸模型（Energy-efficient and Reliable Decision Transmission,ERDT）。首先給出了基于DT的協(xié)作頻譜感知的數(shù)學(xué)模型，在嚴格的數(shù)學(xué)推理下，分別分析比較了基于邏輯OR-rule和AND-rule下，ERDT和DT在三種情形下的決策正確率和能量消耗：1）只有比特錯誤；2）只有包丟失；3）同時存在比特錯誤和包丟失。
　　詳細

5、的仿真結(jié)果表明，與DT相比，提出的ERDT可以提高協(xié)作頻譜感知的決策正確率，并減少能量消耗。當主用戶的存在概率為50％時，協(xié)作頻譜中ERDT的能量消耗只有DT的一半。此外，當協(xié)作頻譜感知中有30個次用戶，主用戶存在概率是50%，包丟失率和比特錯誤率都是0.05時，協(xié)作頻譜感知中ERDT的決策正確率接近1。
　?。?）協(xié)作頻譜感知技術(shù)綜合多個節(jié)點的檢測數(shù)據(jù)能夠克服單節(jié)點感知由于通信環(huán)境不理想帶來的低檢測率弊端，有效提高系統(tǒng)的檢測精度

6、。然而傳統(tǒng)的協(xié)作頻譜感知會產(chǎn)生多余的傳輸開銷和次用戶能量消耗。本文提出了結(jié)合雙閾值能量檢測模型和兩步檢測模型的自適應(yīng)協(xié)作頻譜感知算法（Cognitive Adaptive Two-phase Sensing, CATS），在保證檢測性能的前提下降低能量消耗。首先給出了CATS的數(shù)學(xué)模型，然后對CATS的檢測概率和能量消耗進行了理論分析。CATS只有第一階段的檢測結(jié)果不準確時才執(zhí)行第二階段的感知，并根據(jù)第一階段的檢測結(jié)果以及網(wǎng)絡(luò)狀況自適應(yīng)