[发明专利]一种基于节点信息的认知无线传感器网络频谱检测方法有效
申请号: | 201510466958.4 | 申请日: | 2015-07-31 |
公开(公告)号: | CN105162539B | 公开(公告)日: | 2017-07-28 |
发明(设计)人: | 岳文静;武聪;陈志;扈罗全 | 申请(专利权)人: | 南京邮电大学 |
主分类号: | H04B17/382 | 分类号: | H04B17/382 |
代理公司: | 南京知识律师事务所32207 | 代理人: | 汪旭东 |
地址: | 210046 江苏省*** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | 本发明给出一种基于节点信息的认知无线传感器网络频谱检测方法,即是一种基于传感器节点地理信息,通过提出的分块算法以及两次检测机制高效地进行频谱检测,提升CRSN系统检测性能并提高系统能效的方法。本发明具体的方案包括以下几个步骤设计一级检测节点预埋方案并基于节点地理信息位置将监测区域进行分块;初级检测对PU进行快速感知,从而判断SU是否可以快速接入信道或是系统需要进入二级检测过程;FC计算二级检测区域,二级检测采用更可靠的检测方法对PU进行感知;数据融合并判决PU的状态以决定SU是否可以接入信道。本发明所采用的方法能够保证CRSN检测准确度和高性能,同时降低网络能耗。 | ||
搜索关键词: | 一种 基于 节点 信息 认知 无线 传感器 网络 频谱 检测 方法 | ||
【主权项】:
一种基于节点信息的认知无线传感器网络频谱检测方法,其特征在于该方法包括以下步骤:步骤1)用户输入认知无线传感器网络CRSN检测区域半径Rφ;所述CRSN网络包括授权用户PU、非授权用户SU、数据融合中心FC、传感器节点;所述传感器节点分为一级检测节点和二级检测节点,一级检测节点始终处于工作状态,二级检测节点有工作状态和睡眠状态两种,其初始状态为睡眠状态;所述FC接收传感器节点的信息,并将决定SU是否能够接入信道;所述PU即为传感器节点进行频谱检测的对象,其状态有H0和H1两种状态,H0表示PU没有进行通讯,H1表示正在占用信道,正在进行通讯;SU在请求接入信道时,CRSN网络首先对PU进行频谱检测,检测过程分为初级频谱检测过程和二级检测过程,其中一级检测节点参与初级频谱检测过程,二级检测节点参与二级检测过程,初级频谱检测决定CRSN网络是否进行二级检测,当FC判定CRSN网络进行二级检测时初级频谱检测在将检测结果发送FC之后还将为二级检测过程做准备;当FC确认PU状态为H0时,发送信息给SU,SU便可以接入信道进行通讯,从SU请求接入信道到FC将检测判决结果发送到SU,SU依据判决结果是否能够接入信道的过程称为一个检测周期;步骤2)在以CRSN检测区域中心为圆心、半径为rφ的圆周上等均均匀埋放n个传感器节点,序号为i的传感器节点记为Ai,这些传感器节点{A1,A2,A3,…,An}作为一级检测节点将整个监测区域等分成n个扇形区域;再以CRSN检测区域中心为圆心、长为DR的直径上等距放置m个传感器节点,序号为j的传感器节点记为Sj,这些传感器节点{S1,S2,S3,…,Sm}也作为一级检测节点,以CRSN检测区域中心为圆心、到CRSN检测区域中心距离为半径依次构成一个个同心圆,这些同心圆与上述n个扇形区域一起将整个监测区域分成一个个子区域;所述DR、n、m由用户指定,i取值范围为1到n,j取值范围为1到m;步骤3)在CRSN检测区域内随机均匀投放用户指定数量的传感器节点,检测区域的大小即为用户输入半径为Rφ的圆形区域,这些传感器节点作为二级检测节点位于不同子区域,每个子区域内的二级检测节点根据低功耗自适应集簇分 层型协议构成网络,子区域的簇头均作为子区域的汇聚节点,这些汇聚节点记为{sink1,sink2,sink3,…},这些汇聚节点的数量是由步骤2)中子区域的划分方式决定的,其数量值等于监测区域内形成的子区域的数量;所述低功耗自适应集簇分层型协议是传感器网络领域LEACH协议,该协议等概率地随机循环选择簇头,将整个网络的能量负载平均分配到每个传感器节点;步骤4)对授权用户进行初级频谱检测;步骤4.1)在CRSN监测区域内所有的一级检测节点{A1,A2,A3,…,An}和{S1,S2,S3,…,Sm}对接收到的信号进行模拟/数字A/D采样,将采样后的信号利用快速傅氏变换FFT转换为频域信号,再对频域信号求模平方,得到PU信号的能量检测结果,这里Ai节点得到的能量检测结果值为ai,Sj节点得到的能量检测结果值为sj,所有检测结果{a1,a2,a3,…an}和{S1,S2,S3,…,Sm}传给FC;所述A/D采样即是将接收到的连续的模拟信号转换成离散的数字信号;之后一级检测节点将采样后信号转换到频域;所述{a1,a2,a3,…an},{S1,S2,S3,…,Sm}是能量检测得到的各个节点的能量值数据序列;步骤4.2)FC将得到的检测结果{a1,a2,a3,…an},{S1,S2,S3,…,Sm}进行能量降序排序,取出这两个序列中前两个数据组成数据对pair{(ax,ay)(sz,sr)}(x,y≤n;r,z≤m),以下简称pair();pair()将作为与判决值与用户输入的阈值θth进行判决,当pair()的所有值均小于θth,则认为此时PU的状态为H0,FC判决为H0的结果发送给SU,SU此后接入信道,此时一个检测周期结束,转步骤4.1);当pair()的所有值不是全部小于θth,SU接收到FC判决为H1的结果,进入步骤5);步骤5)对PU进行二级检测,具体步骤如下:步骤5.1)FC根据得到的pair(),获得各个能量值所对应的一级检测节点Ax、Ay、Sx、Sy,再根据一级检测节点(Ax,Ay)划分出一个扇形区域,然后根据(Sx,Sy)在上述扇形区域中划分出进行一个分块区域,这个分块区域为进行二级检测的子区域{(Ax,Ay)(Sx,Sy)};步骤5.2)FC通过控制信道唤醒子区域{(Ax,Ay)(Sx,Sy)}内的汇聚节点进入 工作状态,这些进入工作状态的汇聚节点唤醒所在子区域内的二级检测节点进入工作状态;所述唤醒是将节点从睡眠状态转换为工作状态;步骤5.3)检测区域内的二级检测节点进入工作状态后开始对PU进行频谱检测,二级检测使用二级循环平稳特征检测,通过特征检测判断PU的状态,二级检测过程首先是将接收到的信号进行A/D采样;然后将采样后的结果转换到频域,这里仍采用FFT变换,从而计算出频谱的自相关函数;二级检测节点通过相关函数是否出现峰值检测判断PU的状态,若出现峰值判定PU的状态为H0,否则判定PU的状态为H1;步骤5.4)各二级检测节点对PU进行二级级循环平稳特征检测判决,这里采用硬判决,即状态H0结果为0,状态H1结果为1;之后各个子区域内的二级检测节点将判决检测结果发送给所属的子区域{(Ax,Ay)(Sx,Sy)}内的汇聚节点,汇聚节点再将结果打包成0‑1决策子表发送给融合中心FC,所述的0‑1决策子表为按照二级检测节点的判决结果处理而成的数据表格;步骤6)FC将接收到的汇聚节点的数据进行融合并最终判决PU的状态,步骤6.1)首先FC将接收的一级检测节点检测结果即能量值数据序列{a1,a2,a3,…an},{S1,S2,S3,…,Sm}丢弃,之后将二级检测得到的判决结果进行进一步处理,处理方式是将判决结果处理成最终的0‑1决策表,其中0表示PU的状态为H0;1表示PU的状态为H1;所述的0‑1决策表为接收到的判决结果按照所属的子区域所处理而成的数据表格,即二级检测节点发送的0‑1决策子表组成的最后数据表格;步骤6.2)FC依据0‑1决策表进行融合判决,这里选择K‑out‑N判决方式:所述的N值为0‑1决策表数据个数,T值为判决门限值,K值为判决值,N,K,值由FC接收的数据计算得到,Ri表示表格中每个单元格的数据值,其值只有0和1两种取值,分别表示PU的两种状态H0和H1,T值由用户指定;所述K‑out‑N判决方式为对表格中所有Ri值进行加权求和得到判决值K,K值小于判决门限值T时判定PU的状态为H0,K值大于等于T是判定PU的状态为H1;步骤6.3)根据用户需求输入T值,FC依据K‑out‑N判决方式判定PU的状 态并将检测结果发送给SU,接收的判定结果为H0,则SU接入信道进行通讯,判定结果为H1,则SU需等待下检测一周期的判决结果,此时一个检测周期结束,CRSN网络重新返回初级频谱检测流程,即回到步骤4.1继续执行。
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