认知无线传感网络分簇合作频谱感知硬融合方法
【专利摘要】本发明公开了一种认知无线传感网络分簇合作频谱感知硬融合方法，先对所有认知传感节点进行分簇并选择出每簇的簇头，认知传感节点根据主用户信号能量实现频谱感知获得本地频谱感知信息，然后簇头对本簇中的所有本地频谱感知信息进行第一次融合获得本簇频谱感知信息，最后融合中心对所有簇的本簇频谱感知信息进行融合得到最终的频谱感知信息。通过筛选簇头和两次融合降低融合中心的运算量，达到了快速判决频谱是否空闲并提高检测正确概率的效果。
【专利说明】认知无线传感网络分簇合作频谱感知硬融合方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信与信号检测领域，尤其涉及一种认知无线传感网络分簇合作 频谱感知硬融合方法。
【背景技术】
[0002] 认知无线传感网络是认知无线电技术与无线传感器网技术结合所产生的一种新 型传感网络结构，该网络中的网络节点具有频谱感知以及动态选择频谱资源的功能，可以 在主用户的频带未被使用时利用该空闲频段进行无线通信，大大提高了频谱利用率，缓解 了无线传感器网络频谱资源紧张的问题，因此，如何高效、准确地感知空闲频谱是提高频谱 利用率，保证信息传输可靠性的关键。
[0003] 合作感知可以大大提高感知性能，但是节点之间互相交换感知信息会占用系统 资源并产生传输时延，节点数较大时，在性能提高的同时带来通信开销过大的问题，某些 感知性能不佳的节点加入反而会降低整体的检测性能。
[0004] 现有的合作频谱感知方法没有充分考虑节点布局的复杂性、网络节点布局的地理 位置信息以及简单拓扑信息，而且其所采用的融合方法复杂度高，不适用大规模的认知无 线传感网络。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，为了解决合作感知的通信开销问题，本发明提供了一种认知无线传感 网络分簇合作频谱感知硬融合方法，以达到高效、准确地感知空闲频谱的效果。
[0006] 为了解决通信开销问题，本发明的认知无线传感网络分簇合作频谱感知硬融合方 法包括步骤：
[0007] 1)对网络中的所有认知传感节点进行分簇，形成K个认知传感簇；
[0008] 2)所述融合中心从每个所述认知传感簇中选择一个认知传感节点作为簇头；
[0009] 3)每个所述认知传感簇中的所有传感节点各自感知某一频谱是否空闲形成本地 频谱感知信息，并将所述本地频谱感知信息发送给所在簇的簇头，所述本地频谱感知信息 分为空闲和非空闲两种状态；
[0010] 4)每个所述簇头将接收到的本簇中所有所述本地频谱感知信息进行第一次融合 形成本簇频谱感知信息，并将所述本簇频谱感知信息发送给所述融合中心，所述本簇频谱 感知信息分为空闲和非空闲两种状态；
[0011] 5)所述融合中心将接收到的所有所述簇头的本簇频谱感知信息进行第二次融合 形成所述某一频谱的最终频谱感知信息，所述最终频谱感知信息分为空闲和非空闲两种状 〇
[0012] 作为本发明方法的进一步改进，步骤1)中融合中心对网络中的所有认知传感节 点进行分簇所采用的方法为模糊C均值聚类算法。
[0013] 作为本发明方法的进一步改进，步骤2)中选择簇头的具体步骤为：所述融合中心 与任一所述认知传感节点通过频谱感知信道进行无线通信，所述融合中心计算所有所述频 谱感知信道的信噪比，选择每个所述认知传感簇中信噪比最大的认知传感节点作为该簇的 簇头。
[0014] 作为本发明方法的进一步改进，所述步骤3)中形成本地频谱感知信息的具体步 骤如下：
[0015] 所述认知传感簇中的所有所述认知传感节点对所述某一频谱进行本地能量检测 得到能量值；
[0016] 将所述能量值与预先设定的门限进行比较，所述能量值大于所述门限值，则所述 本地频谱感知信息为非空闲状态，否则为空闲状态。
[0017] 作为本发明方法的进一步改进，所述步骤4)中第一次融合的具体步骤如下：
[0018] 所述簇头统计本簇中非空闲状态的本地频谱感知信息的个数；
[0019] 将所述个数与预先设定的门限值1^进行比较，若所述个数大于或等于所述预先设 定的门限值U，则所述本簇频谱感知信息为非空闲状态，否则为空闲状态。
[0020] 作为步骤4)的进一步改进，所述门限值U设置为1或不小于本簇中认知传感节 点总数一半的任意整数。
[0021] 作为本发明方法的进一步改进，步骤5)中形成最终频谱感知信息的具体步骤如 下：
[0022] 融合中心统计所有非空闲状态的本簇频谱感知信息的个数；
[0023] 将所述个数与预先设定的门限值"进行比较，若所述个数大于或等于所述预先设 定的门限值L 2，则最终频谱感知信息为非空闲状态，否则为空闲状态。
[0024] 作为步骤5)的进一步改进，所述门限值L2设置为1或不小于所有所述簇头总数 一半的任意整数。
[0025] 与现有技术相比，本发明的优点为：将分簇协作频谱检测算法应用于认知无线传 感网络，利用模糊C均值聚类算法能够快速地对性能大致相同的认知传感节点进行分类， 提高每个认知传感簇的检测性能，选择每个分簇中频谱感知信道信噪比最大的传感节点作 为簇头提高了传感节点的性能，通过两次融合降低了传感节点与融合中心的通信量，同时 降低了融合中心的运算量，使得融合中心可以高效地判断频谱是否空闲，通过比较门限的 设定，降低了误判的概率，有效地提高了频谱利用率。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1为认知无线传感网络应用场景示意图；
[0027] 图2为本发明实施例所提供的认知无线传感网分簇合作频谱感知拓扑结构图；
[0028] 图3为本发明实施例所提供的认知无线传感网分簇合作频谱感知硬融合方法流 程图；
[0029] 图4为本发明实施例所提供的认知无线传感网分簇合作频谱感知硬融合方法计 算机仿真效果图。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
[0031] 如图1所示，主用户网络和从用户网络为部分重叠的地理区域，共享相同的频谱 资源。主用户网络的拓扑结构都是中心控制式的，主用户终端1由网络中的不同小区基站2 控制。从用户网络即为本发明涉及的认知无线传感网络，其中从用户终端为认知传感节点 3。从用户网络的拓扑结构为分簇式的，认知传感节点3感知覆盖区域中的某一频谱是否空 闲，簇头4是从每个认知传感簇中的认知传感节点3中选择出来的。
[0032] 如图2所示，认知传感节点CR作为认知无线传感网的基本节点，具有一定的无线 通信能力和运算能力，被分成多个认知传感簇2,认知传感节点CR与主用户之间存在检测 信道Q，实时监测主用户1的频谱使用情况，形成本地频谱感知信息；每个认知传感节点CR 之间都具有传输信道C 2，用于向彼此传输本地频谱感知信息；每个认知传感节点CR与融合 中心3之间具有频谱感知信道C3，用于传输本簇频谱感知信息。
[0033] 如图3所示，认知无线传感网络分簇合作频谱感知硬融合方法具体步骤为：
[0034] 1)采用聚类算法实现分簇，具体采用模糊C均值聚类算法实现过程；
[0035] 2)在簇成员中选择频谱感知信道信噪比Pu最大的认知传感节点作为簇头，
【权利要求】
1. 一种认知无线传感网络分簇合作频谱感知硬融合方法，其特征在于，包括步骤： 1) 对网络中的所有认知传感节点进行分簇，形成K个认知传感簇； 2) 所述融合中屯、从每个所述认知传感簇中选择一个认知传感节点作为簇头； 3) 每个所述认知传感簇中的所有传感节点各自感知某一频谱是否空闲形成本地频谱 感知信息，并将所述本地频谱感知信息发送给所在簇的簇头，所述本地频谱感知信息分为 空闲和非空闲两种状态； 4) 每个所述簇头将接收到的本簇中所有所述本地频谱感知信息进行第一次融合形成 本簇频谱感知信息，并将所述本簇频谱感知信息发送给所述融合中屯、，所述本簇频谱感知 信息分为空闲和非空闲两种状态； 5) 所述融合中屯、将接收到的所有所述簇头的本簇频谱感知信息进行第二次融合形成 所述某一频谱的最终频谱感知信息，所述最终频谱感知信息分为空闲和非空闲两种状态。
2. 如权利要求1所述的认知无线传感网络分簇合作频谱感知硬融合方法，其特征在 于，所述步骤1)中融合中屯、对网络中的所有认知传感节点进行分簇的方法为模糊C均值聚 类算法。
3. 如权利要求1所述的认知无线传感网络分簇合作频谱感知硬融合方法，其特征在 于，所述步骤2)中选择簇头的具体步骤为： 所述融合中屯、与任一所述认知传感节点通过频谱感知信道进行无线通信，所述融合中 屯、计算所有所述频谱感知信道的接收信噪比，选择每个所述认知传感簇中接收信噪比最大 的认知传感节点作为该簇的簇头。
4. 如权利要求1所述的认知无线传感网络分簇合作频谱感知硬融合方法，其特征在 于，所述步骤3)中形成本地频谱感知信息的具体步骤如下： 所述认知传感簇中的所有所述认知传感节点对所述某一频谱进行本地能量检测得到 能量值； 将所述能量值与预先设定的口限进行比较，所述能量值大于所述口限值，则所述本地 频谱感知信息为非空闲状态，否则为空闲状态。
5. 如权利要求1所述的认知无线传感网络分簇合作频谱感知硬融合方法，其特征在 于，所述步骤4)中第一次融合的具体步骤如下： 所述簇头统计本簇中非空闲状态的本地频谱感知信息的个数； 将所述本地频谱感知信息的个数与预先设定的口限值Li进行比较，若所述本地频谱感 知信息的个数大于或等于所述预先设定的口限值Li，则所述本簇频谱感知信息为非空闲状 态，否则为空闲状态。
6. 如权利要求5所述的认知无线传感网络分簇合作频谱感知硬融合方法，其特征在 于，所述口限值Li设置为1或不小于本簇中认知传感节点总数一半的任意整数。
7. 如权利要求1所述的认知无线传感网络分簇合作频谱感知硬融合方法，其特征在 于，所述步骤5)中第二次融合的具体步骤如下： 融合中屯、统计所有非空闲状态的本簇频谱感知信息的个数； 将所述本簇频谱感知信息的个数与预先设定的口限值L,进行比较，若所述本簇频谱感 知信息的个数大于或等于所述预先设定的口限值L2,则最终频谱感知信息为非空闲状态， 否则为空闲状态。
8.如权利要求7所述的认知无线传感网络分簇合作频谱感知硬融合方法，其特征在 于，所述口限值L,设置为1或不小于所有所述簇头总数一半的任意整数。
【文档编号】H04W84/18GK104469811SQ201410730085
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月4日 优先权日:2014年12月4日
【发明者】宋铁成, 郭洁, 胡静, 顾斌, 夏玮玮, 沈连丰 申请人:东南大学