[发明专利]基于可拓关联函数的无线认知传感器网络频谱感知的方法

说明书

技术领域

本发明涉及到了一种基于可拓关联函数的无线认知传感器网络频谱感知的方法。具体讲，就是在无线认知传感器网络中，关于频谱检测技术的一种新的方法，本发明结合可拓学、频谱检测和数据融合技术，在保证其可行性的前提下，提高无线认知传感器网络频谱检测的可靠性。

背景技术

现如今无线传感器网络广泛应用到军事、公共安全、公共卫生、智能交通、智能家居等各个领域中。但是现有的有限频谱资源无法满足各种通信业务对频谱资源的需求。基于认知无线电技术(Cognitive Radio，CR)构成的无线认知传感器网络(CRSN，Cognitive Radio Sensor Network)，可以有效解决无线传感器网络可用频谱资源有限的问题。

无线认知传感器节点可利用认知无线电技术动态地选择空闲频谱工作，减少了节点因竞争通信信道而带来的等待和冲突，从而提高网络的吞吐量并缩短通信时延，进而提高服务质量。采用CR技术的无线认知传感器网络可提高空闲频谱利用率，增加节点可选的工作频段。动态频谱管理需要CR具备频谱感知、频谱分析、频谱决策以及频谱切换能力。

可拓学是以形式化的模型，探讨事物拓展的可能性以及开拓创新的规律和方法，其克服了经典集合和模糊集合的局限性，从只能描述确定性的事物，发展到能描述性质处于变化的事物，从而适合处理存在不确定性信息的问题。可拓学运用关联函数来刻画论域中的元素具有某种性质的程度，能定量的、客观的表述元素具有某种性质的程度及量变与质变的过程。由于信息的不确定性，很多问题的目标或者条件关于某种特征的取值不是精确的量值，或难以获得精确量值，而是一个区间，构造基于区间距和区间侧距的区间型初等关联函数，解决了量值为非精确取值情况的定量化问题。

发明内容

为了克服现有的无线认识传感器网络中频谱感知不确定性的问题，本发明提出了一种基于可拓关联函数的无线认知传感器网络频谱感知的方法。本发明通过可拓学理论把频谱感知问题用物元方式进行表示，实现认知传感器节点对授权用户频谱信息的准确检测。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

基于可拓关联函数的无线认知传感器网络频谱感知的方法，具体步骤如下：

S1.通过物元表示的方法对无线认知传感器网络中的授权用户和认知用户进行物元表示：

目标物元：G(授权用户 工作状态 H₀/H₁(非工作状态/工作状态))；

条件物元：R(认知用户 检测能量 E)；

S2.将目标物元进行转换得到：G(授权用户 H₀/H₁(a，b)/(c，d))；

其中(a，b)为非工作状态H₀下认知用户接收到的能量值的区间范围，(c，d)为工作状态H₁下认知用户接收的能量值的区间范围；

S3.通过关联函数计算出区间H₀(a，b)和H₁(c，d)的关联度ρ(H₀，H₁)；

S4.根据关联度ρ(H₀，H₁)判断H₀和H₁两个区间的关系，判断授权用户的状态。

为了确定授权用户的工作状态，在本发明中对认知用户节点引入可拓关联函数，通过关联函数对检测到的能量信号进行分析，判定出授权用户的工作状态。

在上述步骤S1中，每个认知用户节点周围存在外界环境干扰信号。本方法中主要考虑到的干扰参数是外界噪声信号和信号信道传输的衰减，而噪声信号会造成每个认知用户节点的信噪比不一样，而信道衰减的直接反应则是每个节点相距授权用户的距离L_i。用物元表示认知用户节点信息如下所示：

由于条件物元无法直接对目标物元(授权用户)进行检测判断，因此还需根据可拓变换，对目标物元进行变换。由于本发明运用的是能量检测的方法，因此，认知用户在对授权用户进行检测的时候，接收到的是授权用户信号与干扰信号的融合信号。由于外部噪声信号为高斯白噪声信号，在N值足够大(N≥200)的时候，接收到的信号能量值服从正太分布。依据正态分布的概率分布规律，得出在不同状态下次用户接收到的频谱能量取值范围。

H₀～N(N，2N)；H₁～N(N(1+SNR)，2N(1+SNR))。其中N()是正态分布。即