基于无线传感器网络的高能效协作频谱感知技术研究

摘要

近年来，大量新的无线通讯技术的提出使得本来已经十分匮乏的无线频谱资源变得更加稀缺。研究表明，相当一部分无线频谱资源的利用率是非常低的，在时间上和空间维度上都未得到充分利用。认知无线电技术通过允许非授权用户接入授权用户频谱，采用动态频谱接入技术，可以解决无线频谱匮乏与频谱利用率低之间的矛盾。频谱感知是认知无线电技术的重要组成部分。协作频谱感知技术使用多个节点同时进行频谱感知，可以大幅度提升频谱感知的精度和鲁棒性。将频谱感知功能从认知终端中剥离可以降低认知终端的设备复杂度，减少认知终端的能耗，提升感知结果的可靠性。基于这种思想，一种新的认知无线电网络框架—传感器辅助认知无线电网络框架被提出。在传感器辅助认知无线电网络中由独立的无线传感器网络进行频谱感知，然后将频谱感知的结果上报给认知用户网络。
　　无线传感器网络是一种能量受限网络，需要使用高能效的调度算法提升网络的性能。已有的高能效传感器调度问题只考虑了一个频段。多频段的传感器调度问题有许多新的研究领域。本文建立了多频段传感器协作频谱感知的模型，提出了两种用于提高认知网络通信容量的高能效调度算法。模型考虑了传感器切换频段的能量消耗。在本文中，认知基站基于提高能效的目标为每个频段分配一组传感器进行协作感知。本文提出的高能效调度算法通过优化传感器的调度使认知网络达到最大的通信容量，从而达到高能效的目标。通过仿真实验，证明了本文的算法可以比贪心算法和现有论文中的算法取得更高的网络通信容量，大幅度提升进行频谱感知的无线传感器网络协作频谱感知的能效。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究意义和现状

1.2 课题研究内容和创新点方案

1.3 硕士期间研究工作

1.4 论文组织结构

第2章 传感器辅助认知无线电网络

2.1 动态频谱接入与认知无线电网络

2.2 频谱感知技术

2.3 利用传感器网络进行频谱感知

第3章 基于传感器网络的高能协作频谱感知问题建模

3.1 经典传感器调度问题

3.2 传感器能量消耗模型

3.3 高能效协作频谱感知建模

3.4 总结

第4章 高能效传感器调度算法

4.1 问题分析

4.2 基于遗传算法的高能效传感器调度算法

4.3 基于蚁群算法的高能效传感器调度算法

4.4 性能仿真与分析

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢