[发明专利]一种CRSN中能量有效的节点选择方法

说明书

本发明涉及一种CRSN中能量有效的节点选择算法，属于无线传感器网络技术领域。该算法综合考虑节点在协作频谱感知中的总能量消耗和性能参数，构成节点选择的优先级函数，根据节点的优先级排序对节点进行选择；采取“OR”融合规则，仅将判决为“1”的节点的本地判决结果传送给融合中心。本发明在提高感知准确性的同时可以有效的节省频谱感知的能耗，提高认知传感器网络的性能。

技术领域

本发明属于无线传感器网络技术领域，涉及一种无线认知传感器网络中基于协作频谱感知能量有效的节点选择方法。

背景技术

随着无线新技术应用不断出现，无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)的工作频段即免授权频谱段变得越来越拥挤。然而，目前授权频谱的静态分配策略导致授权频谱利用率不足。为了提升WSN的传输性能，认知无线电(Cognitive Radio，CR)技术被引入到WSN，从而形成了一种新型网络：无线认知传感器网络(Cognitive Radio SensorNetwork，CRSN)。这种网络能够通过CR的动态频谱接入策略实现频谱共享，从而提高授权频段的频谱利用率。

在无线传感器网络中采用认知无线电技术，使传感器网络节点可以实时感知周围环境中的频谱信息，获取可用频谱资源，在通信过程中能够动态选择未被占用的频谱资源来完成通信过程。这样，不仅能缓解公用频段的拥挤状况，并且可提高网络对空闲频谱的利用率，增加节点可选的工作带宽；由于节点可以动态地去选择空闲信道工作，减少了节点因竞争信道而带来的等待和冲突，因此可以提高网络的吞吐量并缩短网络的通信时延。与传统WSN相比，CRSN在动态频谱接入、并发数据的伺机信道使用、适应性地降低能耗、多个异构WSN的重叠部署、不同频谱管理政策下工作方面拥有巨大的优势，具有重大应用价值和远大的发展前景，也被认为是下一代WSN。然而，在CRSN中的传感器节点额外增加了频谱感知、频谱切换等功能，极大消耗了传感器节点本已受限的能量和处理能力；另外，无线认知传感器节点处理能力有限，常常需要多个传感器节点进行协作频谱感知然后通过协调器融合判决，他们之间感知信息的相互交流也导致了大量的能耗。这些由认知功能带来的额外的能耗和处理要求与传感器节点固有的资源约束产生了巨大的矛盾，极大地增加了功率高效的认知传感器节点的设计难度，将极大地缩短了CRSN生存时间，阻碍CRSN发展与应用。

现有的CRSN中的所有节点为无线认知传感器节点，都具有认知功能，在此基础上所有节点进行频谱感知，提高频谱利用率。一方面所有CRSN节点进行频谱感知，频谱切换等功能，极大消耗了传感器节点本已受限的能量和处理能力，而CRSN传感器节点处理能力有限，常常需要多个传感器节点进行协作频谱感知然后通过协调器融合判决(认知传感器节点与协调器交互过程繁琐：节点触发—网络协调器控制—节点感知—协调器融合信息判断、分配—节点接受信道、发送数据)，他们之间感知信息的相互交流也导致了大量的能耗。另一方面，CR接收机的灵敏度远高于普通传感器节点所用的接收机，因而其生产成本也高于普通接收机，在每个传感器节点上都装载一个CR接收机，显而易见极大地增加了认知传感器节点的生产成本，进而增加了低成本认知传感器节点的设计难度。

与传统WSN相比，CRSN中的传感器节点额外增加了频谱感知、频谱切换等功能，极大消耗了传感器节点本已受限的能量和处理能力，使能耗问题成为制约认知无线传感器发展的主要问题。因此，需要一种基于协作频谱感知技术的节点选择算法在满足感知性能的同时有效降低能耗。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一个基于协作频谱感知技术的节点选择方法，该算法综合考虑了节点的感知能耗和性能参数(检测率，虚警率)，构成节点选择的优先级函数，根据节点的优先级排序对节点进行选择，最大限度地减少了能量消耗。并且，本发明提出仅判决为“1”的节点将本地感知结果传送给融合中心，因此可以尽可能地减少在传输过程中的能耗，达到节能的目的。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种CRSN中能量有效的节点选择方法，该算法具体包括以下步骤：