[发明专利]一种基于能量有效性分析的量化协作频谱感知方法

说明书

本发明公开了一种基于能量有效性分析的量化协作频谱感知方法。该方法为：首先传感器节点在频谱感知阶段对监测的目标频段进行数据采集，并建立二元假设模型和基于能量的测量统计量；然后传感器节点对测量统计量进行量化处理，并发送至汇聚节点，汇聚节点建立最终判决统计量和融合判决准则，结合融合判决结果，分析频谱监测传感网在一个周期性帧内的平均能耗情况，当目标频段为空闲时，计算传感器节点利用该频段传输数据的吞吐量；最后构建能量有效性度量，建立关于能量有效性的优化模型，求解模型的最优参数，频谱监测传感网在最优参数上进行数据传输。本发明在能量受限和控制信道受限的条件下，最大限度地提高了频谱监测传感网的网络性能。

技术领域

本发明涉及协作频谱感知技术领域，特别是一种基于能量有效性分析的量化协作频谱感知方法。

背景技术

协作频谱感知是频谱监测传感网的核心关键技术之一，是无线传感网在频谱监测领域得以生存和应用的重要途径。基于传感器网络的协作频谱感知方法在建立电磁环境感知模型的基础上，充分利用传感器之间的数据融合，对感知目标进行深度分析，不仅能正确感知可用频谱资源、提高频谱资源的利用率，同时能够对目标信号进行分类和筛选，还可对各类目标信号进行快速精确定位，通过多源感知数据的融合处理挖掘有用的战场态势信息。此外，无线传感器节点的电池能量有限，一旦部署难以回收和更换电池。在完成协作频谱感知任务的同时，如何延长整个频谱监测传感网的生命周期是设计人员必须考虑的实际问题之一。

如何在能量受限的情况下优化协作频谱感知的性能参数，如感知时间、发射功率、检测门限等、节点数量等参数，目前的相关研究较少，且当前方法普遍存在以下问题：第一，考虑的应用场景较为理想，如感知节点分布于小范围区域，接收到的功率电平值相同；第二，描述协作频谱感知性能限制条件不全，如仅对检测概率进行了限制，没有考虑控制信道带宽的限制；第三，很少考虑感知节点数量对协作频谱感知性能的影响，大大限制了协作频谱感知技术的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于能量有效性分析的量化协作频谱感知方法，从而提高频谱监测传感网在能量受限和控制信道受限条件下的网络性能。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于能量有效性分析的量化协作频谱感知方法，步骤如下：

步骤1、数据采集：传感器节点周期性的进行频谱感知、信息上报以及数据传输，并在频谱感知阶段对监测的目标频段进行数据采集；

步骤2、能量检测：建立二元假设模型，建立基于能量的测量统计量；

步骤3、量化处理：传感器节点利用均匀量化器对测量统计量进行量化处理，并将量化测量统计量发送至汇聚节点；

步骤4、量化信息融合判决：汇聚节点接收到所有传感器节点发送的量化测量统计量后，建立最终判决统计量，并建立融合判决准则；

步骤5、能耗分析：结合融合判决结果，分析频谱监测传感网在一个周期性帧内的平均能耗情况；

步骤6、数据传输：当频谱监测传感网的目标频段为空闲时，计算传感器节点利用该频段传输数据的吞吐量；

步骤7、能量有效性分析：构建能量有效性度量，并建立关于能量有效性的优化模型，求解模型的最优参数，频谱监测传感网在最优参数上进行数据传输。

进一步地，步骤1所述的数据采集，具体如下：

设定频谱监测传感网中包含了N个传感器节点和一个汇聚节点，传感器节点周期性的进行频谱感知、信息上报以及数据传输：

频谱感知阶段，传感器节点对所监测目标频段信号进行数据采集，并对采集的数据进行分析，得出其频谱占用状况或对应的信号参数，并根据实际需求在传输阶段将相应的监测信息传递给汇聚节点；