專利名稱：一種基于認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能頻譜檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器網(wǎng)絡(luò)、認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)、頻譜管理等相關(guān)領(lǐng)域，屬于一種頻譜檢測方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的傳感器網(wǎng)絡(luò)都工作在無需授權(quán)的公用頻段。但是研究表明，隨著新的無線通信技術(shù)的興起，這些公用頻段已經(jīng)變得日益擁擠。為了提高無線頻譜的利用率，合理利用私有頻段是解決此類問題的有效辦法。但是對于能量受限的認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)而言，過多的檢測和感知又會(huì)加大網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能量消耗。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種集信息采集、處理和無線傳輸于一體的微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成的無線自組織網(wǎng)絡(luò)。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中引入認(rèn)知技術(shù)，既可以緩解公用頻段的擁擠狀況，又可以提高頻譜資源的利用率。要成功的把認(rèn)知技術(shù)引入到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，不僅要實(shí)現(xiàn)頻譜感知和信道切換，還要減少能量消耗。有學(xué)者從物理層分析了基于認(rèn)知技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，指出認(rèn)知技術(shù)能夠擴(kuò)大無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的通信范圍，減少多跳通信的路由次數(shù)。也有學(xué)者提出在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)集中式頻譜分配，降低信道切換次數(shù)。但是都沒有在充分利用頻譜資源的情況下同時(shí)做到很好的節(jié)約節(jié)點(diǎn)能量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對背景技術(shù)中存在的不足，從節(jié)能的角度出發(fā)， 提供一種在認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)中檢測空閑頻譜的方法，保證頻譜資源被最大化的公平利用， 進(jìn)而提高系統(tǒng)的性能。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案 一種基于認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能頻譜檢測方法，實(shí)現(xiàn)步驟為
步驟1)，將認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)初始化，建立簇型結(jié)構(gòu)的無線網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)簇由一個(gè)簇首節(jié)點(diǎn)和多個(gè)簇成員節(jié)點(diǎn)構(gòu)成；
步驟2)，簇首節(jié)點(diǎn)根據(jù)上一次的檢測動(dòng)作和觀察結(jié)果，計(jì)算該簇的 F個(gè)信道在該時(shí)隙開始時(shí)為空閑狀態(tài)的概率，并在每個(gè)時(shí)隙結(jié)束時(shí)，對該估計(jì)概率進(jìn)行更新，總是選擇下一時(shí)隙空閑概率較大的Af個(gè)信道進(jìn)行檢測，M<N,M, N均為自然數(shù)；
步驟3)，簇首節(jié)點(diǎn)根據(jù)前一步得出的待檢測信道，設(shè)定本簇感知頻段的范圍和起始頻率，并監(jiān)聽公共控制信道；在信道空閑時(shí)，廣播本簇的感知頻段；
步驟4)，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)收到簇首節(jié)點(diǎn)的廣播后開始進(jìn)行頻譜感知，選擇認(rèn)知節(jié)點(diǎn)接收信號強(qiáng)度作為信道的探測結(jié)果；
步驟5)，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)在感知周期τ內(nèi)，在被探測信道進(jìn)行信號接收，接收間隔為Γ，接收信號強(qiáng)度為C，節(jié)點(diǎn)將概率值>乃為探測值報(bào)告給簇首力能量檢測的門限；在多個(gè)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)探測到同一個(gè)信道時(shí)，簇首節(jié)點(diǎn)選擇該信道探測值最大值作為探測結(jié)果； 步驟6)，根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)的重要程度對不同的數(shù)據(jù)設(shè)置不同的優(yōu)先級； 步驟7)，傳輸數(shù)據(jù)前，發(fā)送節(jié)點(diǎn)利用控制信道向簇首節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)信道參數(shù)請求和接收ID，之后進(jìn)入傳輸過程；
步驟8)，在一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸周期結(jié)束后，進(jìn)入下一論頻譜檢測過程，所有數(shù)據(jù)傳輸終止。上述認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能頻譜檢測方法，步驟7)所述的數(shù)據(jù)傳輸過程的步驟如下
步驟a)，簇首節(jié)點(diǎn)通過在控制信道的廣播，將可用信道列表中位置最靠前的、未被使用的信道參數(shù)發(fā)送給發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)，然后將該信道標(biāo)記為正在使用；
步驟b)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)收到回復(fù)后，利用數(shù)據(jù)信道與接收節(jié)點(diǎn)進(jìn)行一次握手后開始數(shù)據(jù)傳輸；數(shù)據(jù)傳完后，發(fā)送節(jié)點(diǎn)通知簇首節(jié)點(diǎn)，簇首節(jié)點(diǎn)將該信道標(biāo)記為未使用；
步驟c)，若有多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，簇首節(jié)點(diǎn)按照數(shù)據(jù)優(yōu)先級由高到低的順序?yàn)閿?shù)據(jù)分配可用信道，直到數(shù)據(jù)都得到可用信道或可用信道分配完。本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果
1，通過只檢測空閑概率較大的私有信道，降低了檢測次數(shù)，節(jié)省了能量； 2，根據(jù)數(shù)據(jù)的重要程度設(shè)置數(shù)據(jù)的優(yōu)先級，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓叫?，使信道利用更加合理?br>

圖1是本發(fā)明的頻譜檢測方法流程圖。圖2是數(shù)據(jù)傳輸過程示意圖。圖3是認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)的信道使用示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明
如圖1所示，本發(fā)明步驟1)，將認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)初始化，建立簇型結(jié)構(gòu)的無線網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)簇由一個(gè)簇首節(jié)點(diǎn)和多個(gè)簇成員節(jié)點(diǎn)構(gòu)成；
步驟2)，簇首節(jié)點(diǎn)根據(jù)上一次的檢測動(dòng)作和觀察結(jié)果，計(jì)算該簇的N個(gè)信道在該時(shí)隙開始時(shí)為空閑狀態(tài)的概率，并在每個(gè)時(shí)隙結(jié)束時(shí)，對該估計(jì)概率進(jìn)行更新，總是選擇下一時(shí)隙空閑概率較大的ilf個(gè)信道進(jìn)行檢測，M<.N，M、N均為自然數(shù)；
步驟3)，簇首節(jié)點(diǎn)根據(jù)前一步得出的待檢測信道，設(shè)定本簇感知頻段的范圍和起始頻率，并監(jiān)聽公共控制信道；在信道空閑時(shí)，廣播本簇的感知頻段；
步驟4)，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)收到簇首節(jié)點(diǎn)的廣播后開始進(jìn)行頻譜感知，選擇認(rèn)知節(jié)點(diǎn)接收信號強(qiáng)度作為信道的探測結(jié)果；
步驟5)，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)在感知周期T內(nèi)，在被探測信道進(jìn)行信號接收，接收間隔為Γ,，接收
信號強(qiáng)度力，，節(jié)點(diǎn)將概率值P侈 >乃為探測值報(bào)告給簇首力能量檢測的門限；在多個(gè)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)探測到同一個(gè)信道時(shí)，簇首節(jié)點(diǎn)選擇該信道探測值最大值作為探測結(jié)果； 步驟6)，根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)的重要程度對不同的數(shù)據(jù)設(shè)置不同的優(yōu)先級；步驟7)，傳輸數(shù)據(jù)前，發(fā)送節(jié)點(diǎn)利用控制信道向簇首節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)信道參數(shù)請求和接收ID，之后進(jìn)入傳輸過程；
步驟8)，在一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸周期結(jié)束后，進(jìn)入下一論頻譜檢測過程，所有數(shù)據(jù)傳輸終止。如圖2所示，步驟7)所述的數(shù)據(jù)傳輸過程，步驟如下
驟a)，簇首節(jié)點(diǎn)通過在控制信道的廣播，將可用信道列表中位置最靠前的、未被使用的信道參數(shù)發(fā)送給發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)，然后將該信道標(biāo)記為正在使用；
步驟b)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)收到回復(fù)后，利用數(shù)據(jù)信道與接收節(jié)點(diǎn)進(jìn)行一次握手后開始數(shù)據(jù)傳輸；數(shù)據(jù)傳完后，發(fā)送節(jié)點(diǎn)通知簇首節(jié)點(diǎn)，簇首節(jié)點(diǎn)將該信道標(biāo)記為未使用；
步驟c)，若有多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，簇首節(jié)點(diǎn)按照數(shù)據(jù)優(yōu)先級由高到低的順序?yàn)閿?shù)據(jù)分配可用信道，直到數(shù)據(jù)都得到可用信道或可用信道分配完。如圖3所示，認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都是認(rèn)知節(jié)點(diǎn)，在認(rèn)知節(jié)點(diǎn)中封裝待發(fā)送數(shù)據(jù)的優(yōu)先級，當(dāng)數(shù)據(jù)優(yōu)先級高時(shí)，使得該節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級也高，從而使簇首給優(yōu)先級高的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先分配空閑信道。若傳輸數(shù)據(jù)前發(fā)現(xiàn)無可用信道，則在當(dāng)前時(shí)隙的剩余時(shí)間進(jìn)入休眠狀態(tài)， 等到下一個(gè)時(shí)隙來臨再進(jìn)行頻譜檢測。認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)中的無線通信信道分為控制信道和數(shù)據(jù)信道。本方法中，控制信道采用公有頻段，數(shù)據(jù)信道采用利用CR技術(shù)得到的空閑私有頻段。主要原因在于控制信號發(fā)生次數(shù)要高，如果控制信號使用私有頻段的話勢必會(huì)增大感知次數(shù)，從而消耗更多的能量。數(shù)據(jù)信道只在短時(shí)間內(nèi)需要較大帶寬傳輸數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種基于認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能頻譜檢測方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1)，將認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)初始化，建立簇型結(jié)構(gòu)的無線網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)簇由一個(gè)簇首節(jié)點(diǎn)和多個(gè)簇成員節(jié)點(diǎn)構(gòu)成；步驟2)，簇首節(jié)點(diǎn)根據(jù)上一次的檢測動(dòng)作和觀察結(jié)果，計(jì)算該簇的丄個(gè)信道在該時(shí)隙開始時(shí)為空閑狀態(tài)的概率，并在每個(gè)時(shí)隙結(jié)束時(shí)，對該估計(jì)概率進(jìn)行更新，總是選擇下一時(shí)隙空閑概率較大的Ai個(gè)信道進(jìn)行檢測，M cN , M、N均為自然數(shù)；步驟3)，簇首節(jié)點(diǎn)根據(jù)前一步得出的待檢測信道，設(shè)定本簇感知頻段的范圍和起始頻率，并監(jiān)聽公共控制信道；在信道空閑時(shí)，廣播本簇的感知頻段；步驟4)，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)收到簇首節(jié)點(diǎn)的廣播后開始進(jìn)行頻譜感知，選擇認(rèn)知節(jié)點(diǎn)接收信號強(qiáng)度作為信道的探測結(jié)果；步驟5)，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)在感知周期7內(nèi)，在被探測信道進(jìn)行信號接收，接收間隔為I；，接收信號強(qiáng)度為S，節(jié)點(diǎn)將概率值為探測值報(bào)告給簇首力能量檢測的門限；在多個(gè)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)探測到同一個(gè)信道時(shí)，簇首節(jié)點(diǎn)選擇該信道探測值最大值作為探測結(jié)果； 步驟6)，根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)的重要程度對不同的數(shù)據(jù)設(shè)置不同的優(yōu)先級； 步驟7)，傳輸數(shù)據(jù)前，發(fā)送節(jié)點(diǎn)利用控制信道向簇首節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)信道參數(shù)請求和接收ID，之后進(jìn)入傳輸過程；步驟8)，在一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸周期結(jié)束后，進(jìn)入下一論頻譜檢測過程，所有數(shù)據(jù)傳輸終止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能頻譜檢測方法，其特征在于步驟7)所述的數(shù)據(jù)傳輸過程具體步驟如下步驟a)，簇首節(jié)點(diǎn)通過在控制信道的廣播，將可用信道列表中位置最靠前的、未被使用的信道參數(shù)發(fā)送給發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)，然后將該信道標(biāo)記為正在使用；步驟b)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)收到回復(fù)后，利用數(shù)據(jù)信道與接收節(jié)點(diǎn)進(jìn)行一次握手后開始數(shù)據(jù)傳輸；數(shù)據(jù)傳完后，發(fā)送節(jié)點(diǎn)通知簇首節(jié)點(diǎn)，簇首節(jié)點(diǎn)將該信道標(biāo)記為未使用；步驟c)，若有多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，簇首節(jié)點(diǎn)按照數(shù)據(jù)優(yōu)先級由高到低的順序?yàn)閿?shù)據(jù)分配可用信道，直到數(shù)據(jù)都得到可用信道或可用信道分配完。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能頻譜檢測方法，本發(fā)明的技術(shù)方案是只檢測空閑概率較大的私有信道，從而盡量減少檢測次數(shù)；同時(shí)，設(shè)置傳輸數(shù)據(jù)的優(yōu)先級，保證頻譜資源被最大化的公平利用，進(jìn)而提高系統(tǒng)性能。本發(fā)明在認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，從節(jié)能的角度出發(fā)，通過只檢測空閑概率較大的私有信道來盡量減少檢測次數(shù)，同時(shí)，根據(jù)數(shù)據(jù)的重要程度設(shè)置優(yōu)先級，從而提高無線頻譜的利用率。
文檔編號H04W24/00GK102395140SQ20111032183
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者亓?xí)x, 孫雁飛, 張斐, 李琳 申請人:南京郵電大學(xué)