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无线认知传感器网络中的频谱感知技术研究

作　者: 单思洋
导　师: 沈重
学　校: 海南大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 无线认知传感器网络频谱感知节能特征值
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

现有的无线传感器网络大多工作在无需授权的ISM频段(工业科学医学频段,如常用的2.4GHz等频段),而各种新兴的无线通信技术的迅速发展使这些公用频段(如WIFI、蓝牙、Wimax、Zigbee等)变得日益拥挤,ISM频段的各种无线技术之间的干扰日趋严重。此外,在传统的无线传感网中,频谱利用模式为固定且静态的,效率很低,无法有效利用动态变化的频谱资源。基于以上原因,已有专家和学者引入认知无线电技术,改造传统的无线传感器网络,使传感器节点可以感知频谱环境,检测主用户,使用闲置频谱,成为具备动态频谱利用能力的无线认知传感器网络。本文首先系统总结了现有的频谱感知算法,现有的频谱感知机制有匹配滤波器检测机制、能量检测机制、以及循环平稳特征检测机制等等。而后总结了现有的认知传感网的网络架构,主要包括自组织网络、分簇式网络和异构分层式网络等多种网络架构。而在现有网络架构下的频谱感知机制在降低能耗、优化协同感知以减少网络开销、针对微弱信号的频谱检测能力较低等方面,还有很大的提升空间。基于对以上问题的考虑,本文在分析现有网络架构的基础上,设计了一种新的具有检测中心的分簇式网络架构,提出了一种节能的混合协同频谱检测方案,其中包括能量检测技术和基于特征值检测的协同频谱感知技术。所有的认知传感器节点都配备了简单的能量探测器,检测中心还额外配备了基于特征值的探测器等,可以进行高级运算。仿真结果表明,同基于双门限能量检测和循环平稳检测的混合感知方案进行对比,本文提出的方案提高了感知的效率和可靠性及能量利用效率,降低了算法复杂度,并且有着更强的适应性,使全网的生存时间有了明显的提高。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-8
1 绪论  8-18
  1.1 课题研究背景及意义  8-14
    1.1.1 无线传感器网络介绍  8-11
    1.1.2 无线传感器网络的现状及面临的挑战  11-12
    1.1.3 认知无线电技术的引入  12-13
    1.1.4 无线认知传感器网络概述  13-14
  1.2 无线认知传感网络的国内外研究现状  14-16
    1.2.1 频谱感知  14-15
    1.2.2 频谱决策  15
    1.2.3 动态频谱共享  15
    1.2.4 频谱迁移  15-16
  1.3 本文的研究内容  16
  1.4 本文的结构安排  16-18
2 无线认知传感器网络及频谱感知技术  18-29
  2.1 无线认知传感网节点硬件结构  18
  2.2 无线认知传感网跨层频谱管理机制  18-23
    2.2.1 物理层  19-20
    2.2.2 数据链路层  20-21
    2.2.3 网络层  21-22
    2.2.4 传输层  22-23
    2.2.5 应用层  23
  2.3 单节点频谱感知技术  23-27
    2.3.1 匹配滤波器感知技术  23-24
    2.3.2 能量检测感知技术  24-25
    2.3.3 干扰温度检测感知技术  25
    2.3.4 循环平稳特征感知技术  25-27
  2.4 协同频谱感知技术  27-29
3 具有检测中心的分簇式网络架构  29-35
  3.1 无线认知传感器网络的通信架构  29-31
    3.1.1 Ad-Hoc式认知传感器网络架构  29-30
    3.1.2 分簇式无线认知传感器网络架构  30
    3.1.3 异构分级无线认知传感器网络  30-31
    3.1.4 移动式无线认知传感器网络  31
  3.2 协同频谱感知  31-33
  3.3 基于簇的网络架构及检测中心  33-35
4 一种节能的混合协同频谱检测方案  35-50
  4.1 信道模型建立  35-36
  4.2 双门限能量检测算法  36-37
  4.3 基于特征值检测的协同频谱检测算法  37-42
  4.4 算法流程  42-43
  4.5 仿真设计与结果分析  43-50
    4.5.1 门限值的有效性  43-45
    4.5.2 虚警概率特性  45-47
    4.5.3 检测概率特性  47-48
    4.5.4 算法的平均检测时间  48-50
5 总结与展望  50-52
参考文献  52-55
致谢  55-56
攻读学位期间取得的研究成果  56

无线认知传感器网络中的频谱感知技术研究

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