专利名称：一种基于认知传感器网络的节能频谱检测方法
技术领域：
本发明涉及传感器网络、认知网络、频谱管理等相关领域，属于一种频谱检测方法。
背景技术：
现有的传感器网络都工作在无需授权的公用频段。但是研究表明，随着新的无线通信技术的兴起，这些公用频段已经变得日益拥挤。为了提高无线频谱的利用率，合理利用私有频段是解决此类问题的有效办法。但是对于能量受限的认知传感器网络而言，过多的检测和感知又会加大网络节点的能量消耗。无线传感器网络是一种集信息采集、处理和无线传输于一体的微型传感器节点组成的无线自组织网络。在无线传感器网络中引入认知技术，既可以缓解公用频段的拥挤状况，又可以提高频谱资源的利用率。要成功的把认知技术引入到无线传感器网络中，不仅要实现频谱感知和信道切换，还要减少能量消耗。有学者从物理层分析了基于认知技术的无线传感器网络的实现细节，指出认知技术能够扩大无线传感器网络中节点的通信范围，减少多跳通信的路由次数。也有学者提出在无线传感器网络中实现集中式频谱分配，降低信道切换次数。但是都没有在充分利用频谱资源的情况下同时做到很好的节约节点能量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中存在的不足，从节能的角度出发， 提供一种在认知传感器网络中检测空闲频谱的方法，保证频谱资源被最大化的公平利用， 进而提高系统的性能。本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案 一种基于认知传感器网络的节能频谱检测方法，实现步骤为
步骤1)，将认知传感器网络中各节点初始化，建立簇型结构的无线网络，每个簇由一个簇首节点和多个簇成员节点构成；
步骤2)，簇首节点根据上一次的检测动作和观察结果，计算该簇的 F个信道在该时隙开始时为空闲状态的概率，并在每个时隙结束时，对该估计概率进行更新，总是选择下一时隙空闲概率较大的Af个信道进行检测，M<N,M, N均为自然数；
步骤3)，簇首节点根据前一步得出的待检测信道，设定本簇感知频段的范围和起始频率，并监听公共控制信道；在信道空闲时，广播本簇的感知频段；
步骤4)，簇内节点收到簇首节点的广播后开始进行频谱感知，选择认知节点接收信号强度作为信道的探测结果；
步骤5)，簇内节点在感知周期τ内，在被探测信道进行信号接收，接收间隔为Γ，接收信号强度为C，节点将概率值>乃为探测值报告给簇首力能量检测的门限；在多个簇内节点探测到同一个信道时，簇首节点选择该信道探测值最大值作为探测结果； 步骤6)，根据传输数据的重要程度对不同的数据设置不同的优先级； 步骤7)，传输数据前，发送节点利用控制信道向簇首节点发送数据信道参数请求和接收ID，之后进入传输过程；
步骤8)，在一个数据传输周期结束后，进入下一论频谱检测过程，所有数据传输终止。上述认知传感器网络的节能频谱检测方法，步骤7)所述的数据传输过程的步骤如下
步骤a)，簇首节点通过在控制信道的广播，将可用信道列表中位置最靠前的、未被使用的信道参数发送给发送节点和接收节点，然后将该信道标记为正在使用；
步骤b)，发送节点收到回复后，利用数据信道与接收节点进行一次握手后开始数据传输；数据传完后，发送节点通知簇首节点，簇首节点将该信道标记为未使用；
步骤c)，若有多个节点同时发送数据，簇首节点按照数据优先级由高到低的顺序为数据分配可用信道，直到数据都得到可用信道或可用信道分配完。本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果
1，通过只检测空闲概率较大的私有信道，降低了检测次数，节省了能量； 2，根据数据的重要程度设置数据的优先级，提高了数据传输的公平性，使信道利用更加合理。
图1是本发明的频谱检测方法流程图。图2是数据传输过程示意图。图3是认知传感器网络的信道使用示意图。
具体实施例方式下面结合附图对发明的技术方案做进一步的详细说明
如图1所示，本发明步骤1)，将认知传感器网络中各节点初始化，建立簇型结构的无线网络，每个簇由一个簇首节点和多个簇成员节点构成；
步骤2)，簇首节点根据上一次的检测动作和观察结果，计算该簇的N个信道在该时隙开始时为空闲状态的概率，并在每个时隙结束时，对该估计概率进行更新，总是选择下一时隙空闲概率较大的ilf个信道进行检测，M<.N，M、N均为自然数；
步骤3)，簇首节点根据前一步得出的待检测信道，设定本簇感知频段的范围和起始频率，并监听公共控制信道；在信道空闲时，广播本簇的感知频段；
步骤4)，簇内节点收到簇首节点的广播后开始进行频谱感知，选择认知节点接收信号强度作为信道的探测结果；
步骤5)，簇内节点在感知周期T内，在被探测信道进行信号接收，接收间隔为Γ,，接收
信号强度力，，节点将概率值P侈 >乃为探测值报告给簇首力能量检测的门限；在多个簇内节点探测到同一个信道时，簇首节点选择该信道探测值最大值作为探测结果； 步骤6)，根据传输数据的重要程度对不同的数据设置不同的优先级；步骤7)，传输数据前，发送节点利用控制信道向簇首节点发送数据信道参数请求和接收ID，之后进入传输过程；
步骤8)，在一个数据传输周期结束后，进入下一论频谱检测过程，所有数据传输终止。如图2所示，步骤7)所述的数据传输过程，步骤如下
骤a)，簇首节点通过在控制信道的广播，将可用信道列表中位置最靠前的、未被使用的信道参数发送给发送节点和接收节点，然后将该信道标记为正在使用；
步骤b)，发送节点收到回复后，利用数据信道与接收节点进行一次握手后开始数据传输；数据传完后，发送节点通知簇首节点，簇首节点将该信道标记为未使用；
步骤c)，若有多个节点同时发送数据，簇首节点按照数据优先级由高到低的顺序为数据分配可用信道，直到数据都得到可用信道或可用信道分配完。如图3所示，认知传感器网络节点都是认知节点，在认知节点中封装待发送数据的优先级，当数据优先级高时，使得该节点的优先级也高，从而使簇首给优先级高的节点优先分配空闲信道。若传输数据前发现无可用信道，则在当前时隙的剩余时间进入休眠状态， 等到下一个时隙来临再进行频谱检测。认知传感器网络中的无线通信信道分为控制信道和数据信道。本方法中，控制信道采用公有频段，数据信道采用利用CR技术得到的空闲私有频段。主要原因在于控制信号发生次数要高，如果控制信号使用私有频段的话势必会增大感知次数，从而消耗更多的能量。数据信道只在短时间内需要较大带宽传输数据。
权利要求
1.一种基于认知传感器网络的节能频谱检测方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1)，将认知传感器网络中各节点初始化，建立簇型结构的无线网络，每个簇由一个簇首节点和多个簇成员节点构成；步骤2)，簇首节点根据上一次的检测动作和观察结果，计算该簇的丄个信道在该时隙开始时为空闲状态的概率，并在每个时隙结束时，对该估计概率进行更新，总是选择下一时隙空闲概率较大的Ai个信道进行检测，M cN , M、N均为自然数；步骤3)，簇首节点根据前一步得出的待检测信道，设定本簇感知频段的范围和起始频率，并监听公共控制信道；在信道空闲时，广播本簇的感知频段；步骤4)，簇内节点收到簇首节点的广播后开始进行频谱感知，选择认知节点接收信号强度作为信道的探测结果；步骤5)，簇内节点在感知周期7内，在被探测信道进行信号接收，接收间隔为I；，接收信号强度为S，节点将概率值为探测值报告给簇首力能量检测的门限；在多个簇内节点探测到同一个信道时，簇首节点选择该信道探测值最大值作为探测结果； 步骤6)，根据传输数据的重要程度对不同的数据设置不同的优先级； 步骤7)，传输数据前，发送节点利用控制信道向簇首节点发送数据信道参数请求和接收ID，之后进入传输过程；步骤8)，在一个数据传输周期结束后，进入下一论频谱检测过程，所有数据传输终止。
2.根据权利要求1所述的一种基于认知传感器网络的节能频谱检测方法，其特征在于步骤7)所述的数据传输过程具体步骤如下步骤a)，簇首节点通过在控制信道的广播，将可用信道列表中位置最靠前的、未被使用的信道参数发送给发送节点和接收节点，然后将该信道标记为正在使用；步骤b)，发送节点收到回复后，利用数据信道与接收节点进行一次握手后开始数据传输；数据传完后，发送节点通知簇首节点，簇首节点将该信道标记为未使用；步骤c)，若有多个节点同时发送数据，簇首节点按照数据优先级由高到低的顺序为数据分配可用信道，直到数据都得到可用信道或可用信道分配完。
全文摘要
本发明公开了一种基于认知传感器网络的节能频谱检测方法，本发明的技术方案是只检测空闲概率较大的私有信道，从而尽量减少检测次数；同时，设置传输数据的优先级，保证频谱资源被最大化的公平利用，进而提高系统性能。本发明在认知传感器网络的基础上，从节能的角度出发，通过只检测空闲概率较大的私有信道来尽量减少检测次数，同时，根据数据的重要程度设置优先级，从而提高无线频谱的利用率。
文档编号H04W24/00GK102395140SQ20111032183
公开日2012年3月28日 申请日期2011年10月21日 优先权日2011年10月21日
发明者亓晋, 孙雁飞, 张斐, 李琳 申请人:南京邮电大学