[发明专利]一种认知水声网络接入调度方法

说明书

本发明提出了一种认知水声网络接入调度方法，包括：传感器网络获取某个水声系统的授权，共享通信信道；各个传感器对信道的状态进行监控，获得观测序列；将监测到的状态优化分类计算频率，作为Beta函数的初始参数；计算Beta分布的期望得到下一时刻信道为空闲的先验概率；计算一个时段内发送消息的节点数量作为阈值θ，保留先验概率最大的θ个信道进行检测；节点需要发送数据时计算信道对于自己的回报率，选择回报率最高的信道提出信道申请。本发明有效的解决了水声网络的接入问题，综合考虑了水声网络复杂的环境，提高了信道检测的成功率，进而减少节点的能量消耗。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种认知水声网络接入调度方法。

背景技术

在网络高度发展的今天，人们已经不满足于陆地的探索，越来越多的科学家开始向更广袤的海洋进发。水声传感器网络(Underwater Wireless Sensor Networks，UWSN)就是无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)的在水下一种应用，它由各式各样的水下传感器节点、水下自主航行器以及基站组成，这些节点能在其覆盖范围内根据其功能采集所需要的数据，并将数据在本地进行初步的处理后传递给需要的用户。由于复杂的海洋环境，回收传感器补充能量是一件十分困难的事，所以一般水下传感器的能量只能依靠自身携带的单元提供能量，如何合理的分配资源，节省节点能量的消耗成为许多方法的首要考虑条件。

水声网络的传感器可以被固定在水底，悬浮于水中，甚至部分节点漂浮在水面。由于无线电波在水下的衰减速度十分的快，导致通信范围不足以支撑稍远距离的通信。目前主流的水声网络都是使用水下声波完成通信，而声波信号的衰减速度以及噪声的大小与频率是密切相关的。为了使信噪比控制在一定的范围内，通常选择在1kHz-100kHz的频率中通信，所以水声系统的通信频段十分有限，有些人就提出了一种共享机制，水声传感器网络可以借用其它系统的空闲信道进行通信，从而提高信道的利用率，这就是水声认知技术。

在某些水域有多个水声系统，其中部分系统被分配的频段经常处于空闲，那么就可以考虑共享这些频段给其它的水声系统，作为二级用户接入这些频段内的信道进行通信，当主要用户需要信道通信时，二级用户主动让出信道。这样可以极大的提高信道的利用率。但是主要用户使用信道的时间时不定的，所以需要传感器节点主动的去监控信道的状态。如果传感器节点完全随机的去检测信道的状态，这样碰到空闲的概率较低，且浪费能量。同时由于水声网络存在较大的传播延时，往往不能通过直接检测得到当前的信道状态。

为了解决上述问题，有人提出了一种利用“隐马尔可模型”预测信道从当前时刻到下一时刻信道状态变化的概率的方法，按照下一时刻空闲的概率将信道排序，选择概率最高的信道发送数据，从而将以较大的概率检测到空闲信道。但是该方法没有考虑到所有节点对信道的检测序列都是相同的，所以会频繁的出现多个节点同时检测到信道空闲，争抢信道的问题。

发明内容

针对现有水声信道接入策略的不足，本发明的目的在于提出了一种基于Beta分布的认知水声网络的接入调度方法，随着时间的变化更新函数的参数，预估下一时刻信道空闲的概率作为选择信道检测的依据，并给出了信道争抢问题解决方案。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

S1、传感器网络向其外部的水声系统提出申请，作为二级用户共享空闲的信道，当主要用户需要该信道发送数据时，二级用户让出信道；

S2、获得授权之后，主要用户在系统空闲时刻，向二级用户广播开始监控包STM，通知二级用户的传感器节点开始监控信道的状态，保留信道一段时间内的状态序列；

S3、将监测到的状态序列做进一步的优化，按照下一时刻是否为空闲状态，分为A，B两类，分别计算其频率F_A，F_B，作为Beta函数的初始参数；

S4、计算Beta函数的期望E(x)，得到下一时刻为空闲的先验概率P；