入。当监听到其他CN发送 的协商包后，则退避并判断自己将占用的信道与监听到的信道是否相同，若不同，则在退避 后重新监听并发送协商包;若相同，则另选一条空闲信道并发送包含该信道的协商包，若所 有可用信道均被之前的CN占用，则进入等待队列，排队等待后重新感知频谱进行接入。 [0075]例如，在第一个频谱协商阶段CNjIjCN n感知到空闲信道并通过协商占用，CN1感知 到信道1空闲并将占用信道1时，先在公共控制信道上监听，此时没有其他CN的协商包便发 送自己对信道1的占用信息，〇犯监听到公共控制信道上CN 1发送的信息后，退避并决定占用 空闲信道2，CN2也在公共控制信道发送协商包，其他CN节点监听到CN 2发送的协商包后不再 占用信道2传输数据，另选一条新的空闲信道。各组CN排队依次监听并使用空闲信道。
[0076]第二个频谱协商阶段为没有感知到空闲频谱或未占用到空闲信道的CN用户，他们 分别排队等待(?η+Tq)和Tq后重新进行频谱感知并协商接入，例如CNn+1排队等待后重新进行 频谱感知然后在公共控制信道监听并占用信道1传输数据，队列中的CN依次采取同样的方 式占用空闲信道传输数据。
[0077] 2.2、各个组CN之间转发数据过程如下：
[0078] DCN1汇总完数据后立刻进入转发数据阶段，CN1继续占用组内工作时使用的信道 Iu AN1首先通过公共控制信道向其所有靠近调度节点（sink)的邻居CN依次发送RTS (Request To Send)包，该RTS包中包含CNi将要占用的信道hi信息，并开始等待时长为Tw;
[0079] 2)空闲的邻居CN接收到CN1发送的RTS包后，通过公共控制信道向CN 1发送回复消息 RM(Return Message)，并切换到信道hi中；
[0080] 3)CNi向第一个回复RM的邻居节点转发数据；
[0081 ] 4)邻居节点接收到转发的数据包后通过公共控制信道向CN1发送确认消息(ACK);
[0082] 5)若CNi在等待Tw后，没有收到任何邻居回复的RM包，则邻居节点均忙，CN i重发RTS 包，并等待Iw，直到收到邻居节点的回复消息；
[0083] 6)CNi收到确认消息后，一次转发过程结束；CN之间继续转发，直到CN将数据发送 到s ink节点为止。
[0084]最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通 过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在 形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
【主权项】
1. 一种CRSNs中基于认知与源感知节点分离的媒体访问控制方法，其特征在于:在本方 法中：首先将CRSN节点的认知功能独立成另外的节点，即形成两种类型的节点共存于同一 WSN中的网络，即异质节点的CRSN网络;在该网络中，认知节点负责频谱感知，传感器节点负 责对周边环境进行探测收集数据;每次传感器节点需要传输数据，需要认知节点探测到空 闲频谱后通知传感器节点，然后传感器节点使用分配的频谱进行发送数据，即传感器节点 应该也需要有动态改变发射参数的功能;在此基础上，设计并采用适应该种新型网络的MAC 协议，进行媒体访问控制。2. 根据权利要求1所述的一种CRSNs中基于认知与源感知节点分离的媒体访问控制方 法，其特征在于:在本方法中，所述的建立异质节点的CRSN网络具体包括： 该网络中存在主用户(Primary User，PU)，对频谱具有优先使用权，在网络中部署两类 节点：即Μ个认知节点（cognitive nodes，CNs)与N个传感器节点（sensor nodes，SNs)，为网 络中的次用户（Secondary User，SU);认知节点与传感器节点的个数按1: η的比例部署，η为 正整数； 在主用户空闲时次用户通过频谱感知检测到空闲频段并伺机使用这些频谱进行数据 传输；假设在网络中存在一条公共控制信道，该信道无主用户存在，次级用户通过分段 ALOHA系统接入公共控制信道协商使用空闲的数据信道;次级用户即Μ个认知节点与Ν个传 感器节点部署在Am 2的区域中，各个节点传输半径为r米，节点配备一个收发器，在同一时刻 只能发送或接收数据;CN在C条数据信道中伺机选择传输数据需要占用的信道;同时网络中 存在P个主用户，对信道的占用率为Ρτκ，在信道上的活动时间为τ〇 η，非活动时间为假设 认知节点以能量检测的方法感知频谱，信道探测准确率为Pd，误报率为Pf; 无线电能量耗散模型如下，在距离d发送k比特数据消耗的能量为：(1) 式中Eele。是发射或接受每比特信息所消耗的能量，放大器能耗EfgEmp均为固定值，do 为距离常量;接受k比特消息的能耗为： Erx(1〇 =kEeiec (2)。3. 根据权利要求2所述的一种CRSNs中基于认知与源感知节点分离的媒体访问控制方 法，其特征在于:本方法中，采用的适应于该CRSN网络中异质节点分离的MAC协议具体包括： 假定事先根据认知节点和传感器节点的初始能量及其能量消耗速率确定好认知节点 和传感器节点的比例，并且均匀部署； 在网络初始化阶段，CNs与SNs按照1 :n(n = 1，2，3···)的比例部署在感知域后，调度节点 (sink)向网络中的CNs广播自己的位置信息，各CN在数据转发阶段根据sink的位置信息依 据最短路径的原则选择转发数据路径;各个CN通过发送和接收地理位置信息包寻找及确定 自己的邻居CN，邻居节点个数记为η?;同时各CN寻找自己周围的SNs，选取离自己最近的η个 SN成为一个组，该CN将为其组内SNs感知并分配空闲频谱，组内SNs向其对应的CN发送数据； 因为各组内不同的SN到CN的距离不同，为平衡各SN节点的能耗，各组内取SN距离CN的 最大值，作为组内SN节点汇总数据时的传输距离，以使各SN节点同时耗尽能量，达到网络节 点能耗平衡； 网络初始化完成后，两类节点之间的工作必须协调完成，这些工作包括组内节点间工 作协议以及组间的数据转发两个阶段，其中组内节点间工作协议在各个CN与SN构成的组内 进行，包括频谱感知、频谱协商、分配信道及接受数据;数据转发在组间通过CN节点之间完 成。4. 根据权利要求3所述的一种CRSNs中基于认知与源感知节点分离的媒体访问控制方 法，其特征在于： 在所述MAC协议中，组内频谱感知及数据汇总过程如下： 1. CN通知组内SN唤醒工作； 2. CN开始感知空闲频谱，SN进行源感知（即对周边环境进行探测），持续时间为TS(3_; 3. CN感知到空闲频段后在公共控制信道发送广播包，把要占用的信道信息与其他CN进 行交互，使不同的组占用不同的数据信道或分时段占用同一条空闲信道，避免传输碰撞，持 续时间为?η; 4) 未感知到空闲频段或未占用到空闲频段的CN，等待一段时间后继续进行空闲频谱探 测，然后占用空闲信道传输数据； 5) 占用到空闲频段的CN将空闲信道分配给自己组内的η个SN节点，记为nsn，并规定每个 节点的传输时隙； 6) 各个SN节点在被分配的信道上按时隙依次向CN汇总传输源感知数据； 7 )CN接收到各SN节点的数据后进行汇总融合； 8)SN向其对应的CN发送完数据后进入睡眠，等待CN唤醒开始下一周期工作。5. 根据权利要求4所述的一种CRSNs中基于认知与源感知节点分离的媒体访问控制方 法，其特征在于： 在所述MAC协议中，各个组CN之间转发数据过程如下： 1. CNi汇总完数据后立刻进入转发数据阶段，CK继续占用组内工作时使用的信道huCK 首先通过公共控制信道向其所有靠近调度节点（sink)的邻居CN依次发送RTS(Request To Send)包，该RTS包中包含CNi将要占用的信道hi信息，并开始等待时长为Tw; 2) 空闲的邻居CN接收到CNi发送的RTS包后，通过公共控制信道向CNi发送回复消息RM (Return Message)，并切换到信道hi中； 3. CK向第一个回复RM的邻居节点转发数据； 4) 邻居节点接收到转发的数据包后通过公共控制信道向CK发送确认消息(ACK); 5) 若CNi在等待Tw后，没有收到任何邻居回复的RM包，则邻居节点均忙，CNi重发RTS包， 并等待Iw，直到收到邻居节点的回复消息； 6. CNi收到确认消息后，一次转发过程结束;CN之间继续转发，直到CN将数据发送到sink 节点为止。
【专利摘要】本发明涉及一种CRSNs中基于认知与源感知节点分离的媒体访问控制方法，该方法将认知功能与传感器节点分离，传感器节点不再承担频谱感知功能，只负责源感知，而认知功能则搬移至CRSN中的其他专用节点，由这些专用节点负责频谱感知。本方法一方面缓解了在WSN网络所工作的公用频段随着各种新兴的无线通信技术的兴起而导致的频谱稀缺，WSN中的MAC协议没有考虑频谱感知和频谱管理等问题也得到了解决；另一方面，解决了在CRSN的MAC协议中，所有节点都进行频谱感知、频谱切换等功能的处理复杂性和能耗的增加以及每个传感器节点都配备认知模块所带来的生产成本较高的问题。本发明很好的解决了均衡网络能量消耗、延长网络生命周期以及提高吞吐量等方面的问题。
【IPC分类】H04W84/18, H04B17/382
【公开号】CN105610526
【申请号】CN201610050926
【发明人】裴二荣, 孙泽华
【申请人】重庆邮电大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年1月26日