[发明专利]一种认知无线传感器网络跨层协议设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及通讯技术领域, 具体地说是一种认知无线传感器网络跨层协议设计方法。

背景技术

造成这种现象最主要的原因是目前我们采取的频谱策略是静态分配和集中管理，在其空闲时循环使用被分配出去的频谱资源是很困难的，这造成了资源的浪费。因此，动态频谱接入(DSA)的技术应运而生，可以用来解决频谱效率低下的问题。为了解决这个问题，需巧妙建立网络，使其可以感知周围的环境，做出智能的适应行为。因此网络应该提高其认知能力。

造成这种现象最主要的原因是目前我们采取的频谱策略是静态分配和集中管理，在其空闲时循环使用被分配出去的频谱资源是很困难的，这造成了资源的浪费。因此，动态频谱接入(DSA)的技术应运而生，可以用来解决频谱效率低下的问题。为了解决这个问题，需巧妙建立网络，使其可以感知周围的环境，做出智能的适应行为。因此网络应该提高其认知能力。

认知网络被定义为一个具有认知过程的网络，它可以感知网络当前的状况，然后制定计划，做出决定，并且根据以上条件去执行，该网络可以借鉴上述这些适应性的行为，利用它们做出未来的决定，同时考虑终端到终端的目标。

传统的无线传感器网络是一种无线多跳网络，它由部署在监测区域内一些资源受限的传感器节点组成，通过无线通信方式形成一个多跳的自组织网络系统。所有节点属于同一频率,要依靠复杂的路由算法和网络的同步方法获得信息的有效传输。

众所周知无线电技术的进步减少了功耗的消耗，使得非常小的电池供电的通信系统得以创建。当接入任何一种带有低功率微处理器的微型传感器（如，光照强度、温度、三维运动、心跳），就创建了一个小型供电系统传感器，它具有数据处理能力，与其它无线设备进行通信。而且，这种新器件测量范围比较广，不仅仅局限于一个单点。最后，被检测到的数据可以传送到一个或者更多sink节点，可以将获得的数据传送给网关，并进一步给用户。此外，用户可以通过改变sink节点来调节传感器节点的参数（如测量报告的时间间隔，传感器节点的拓扑结构等）。

发明内容

本发明的目的是从改善网络服务质量、提高网络性能、节约能耗出发，提出了一种无线传感器网络跨层解决方案。首先，它允许所有协议层的信息有效共享，并能够通过认知提高系统性能。单独的层仍可以独立做出决策，相邻层的信息交流仍在进行。此外，系统架构是完全分散的，每层的认知主体可以收集有关信息和控制参数。在某种程度上，认知主体可以作为一个本地传感器、控制器和特定层的执行者。此外，如果每个层都有一个独立的认知主体，网络事件的协议参数和每层的行为都能更加有效的处理。

本发明是通过下述的技术方案实现：利用认知模块对跨层实施管理，通过其间的认知控制器进行信息和数据的交换，协调每一层的认知主体，建立网络信息的共享和优化，具体内容如下：

1）单独的层仍独立做出决策，每层的认知主体收集有关信息和控制参数，认知主体作为一个本地传感器、控制器和特定层的执行者；

2）认知无线传感器网络频谱管理架构采用认知循环，进行动态的频谱感知、频谱决策和频谱共享；

3）跨层架构包括：新接口的创建；合并相邻层；设计没有新接口的耦合；跨层垂直校准；

4）物理层采用跨层自适应码位置调制ACPM计划，定义数据包调度层，通过数据包调度层算延迟和丢包率；

5）MAC层采用多址接入的载波侦听碰撞CSMA/CA技术，计算传感器工作周期包括：休眠、侦听和传输时间，以确定事件被检测的可靠性，按照封包遗失的几率、物理层测量和数据包碰撞的概率分组阻塞率和服务时间的概率分布计算MAC层；

6）对于无线传感器网络，采用基于优先级的拥塞控制跨层协议PCCP，以减少网络层的拥塞；

7）应用层采用数据融合或称数据聚集技术来减少测量误差，利用传感器的信道状态信息CSI来安排到传感器传输体验更多渠道，或利用这些信息来衡量一个传感器进行数据融合的可靠性。

具体设计步骤如下：

首先利用认知模块对跨层实施管理，通过其间的认知控制器进行信息和数据的交换，协调每一层的认知主体，建立网络信息的共享和优化；