无线认知传感器网络信道绑定与广播策略研究

摘要

认知无线电通过机会频谱接入能力和对信道环境的适应性增加了频谱的利用率和通信的质量，认知无线电的突出优势也能在资源受限的传感器网络中开发。而且，认知无线电提供的多信道可用性能用于克服很多由传感器网络中密集部署和突发通信引起的各种难题，因此诞生了新的网络类型无线认知传感器网络(CRSN)。讨论了CRSN的优势和限制，并探索了现存的认知无线电和传感器网络的协议对于CRSN的适用性和不足之处。
　　 针对CRSN应用中可能出现的带宽不足问题，提出了CRSN的信道绑定策略。对信道占用模型进行分析，提出了信道占用的泊松—正态分布模型，并对可用信道进行分类。以医院环境下的无线认知传感器网络的信道绑定模型为例，从不同的角度提出了四种能有效降低传感器节点能耗的信道绑定策略。通过仿真实验证明，这四种策略单独使用能不同程度减少传感器节点平均能耗，四种策略综合使用时，传感器节点平均能耗显著降低。
　　 针对无线认知传感器网络的资源有限性和频谱动态分配，提出了基于首要信道的半双工的无线认知传感器网络广播协议。在没有公共信道和时钟同步的情况下，该协议通过单个收发机的收发状态转换和信道表的交换进行网络的初始化。经过网络初始化，节点们由首要信道形成拓扑，节点通过首要信道以半双工数据传送方式进行广播。通过仿真实验证明，与完全广播相比，该协议降低了广播延迟和开销，更利于实际应用于无线认知传感器网络。

目录

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摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 课题概述

1．3 论文结构

第2章 相关研究

2．1 认知无线电技术概述

2．1．1 无线通信的频谱资源

2．1．2 认知无线电的产生

2．1．3 现存的认知无线电网络

2．1．4 认知无线电的关键技术

2．2 无线传感器网络技术概述

2．2．1 无线传感器网络介绍

2．2．2 无线传感器网络的应用

2．2．3 无线传感器网络性能指标

2．2．4 无线传感器网络体系结构

2．3 无线认知传感器网络的研究

2．3．1 CRSN的结构

2．3．2 CRSN的潜在应用

2．3．3 CRSN的动态频谱管理

2．3．4 CRSN中的通信

2．4 小结

第3章 无线认知传感器网络的信道绑定策略

3．1 引言

3．2 信道占用模型

3．2．1 信道占用的Beta分布模型

3．2．2 信道占用的泊松—正态分布模型

3．2．3 可用信道类型分类

3．3 CRSN中低能耗的信道绑定策略

3．3．1 网络模型

3．3．2 低能耗的信道绑定策略

3．3．3 仿真

3．4 小结

第4章 无线认知传感器网络的首要信道广播策略

4．1 引言

4．2 网络模型

4．3 网络初始化

4．4 基于首要信道的广播协议

4．4．1 基于首要信道的半双工数据传送方式

4．4．2 首要信道广播

4．5 仿真结果和分析

4．6 小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的论文

附录B 攻读学位期间参与的科研项目