認(rèn)知無線傳感網(wǎng)的節(jié)能型跨層優(yōu)化研究.pdf

1、認(rèn)知無線傳感網(wǎng)絡(luò)是一種新型的智能無線電通信網(wǎng)絡(luò)。傳感網(wǎng)絡(luò)與認(rèn)知無線電技術(shù)的結(jié)合解決了無線傳感網(wǎng)絡(luò)高速通信需求與無線頻譜資源緊缺之間的矛盾，為無線通信領(lǐng)域提供了一個有效的解決方案。然而，認(rèn)知無線電技術(shù)在給我們帶來便利的同時也給我們增加了額外的挑戰(zhàn)。在認(rèn)知無線傳感網(wǎng)絡(luò)中，具有認(rèn)知能力的傳感節(jié)點對周圍環(huán)境中空閑頻譜資源進(jìn)行檢測，利用空閑頻譜資源進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這就使得無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的鏈路容量隨時發(fā)生改變。因此，如何提高時變網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中速率分配、有

2、效的節(jié)約節(jié)點有限的能量，是認(rèn)知無線傳感網(wǎng)絡(luò)中一個急需解決的難題。為了推廣無線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍，提高傳感節(jié)點的數(shù)據(jù)處理速度、保證計算結(jié)果的準(zhǔn)確度也是認(rèn)知無線傳感網(wǎng)絡(luò)中一項重要的研究熱點。
　　本文在充分了解國內(nèi)外對認(rèn)知無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)能型跨層優(yōu)化研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，聯(lián)合傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、MAC層、物理層，對無線傳感網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)吞吐量與網(wǎng)絡(luò)壽命之間跨層優(yōu)化問題以及優(yōu)化算法進(jìn)行了深入的研究，主要的研究工作如下所示:
　　1)針對日益緊張

3、的無線頻譜資源限制了無線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?jié)摿@一問題，本文引入了認(rèn)知無線電技術(shù)，即無線傳感網(wǎng)絡(luò)與認(rèn)知無線電技術(shù)的結(jié)合，不僅提高空閑授權(quán)頻譜資源利用率，而且緩解了非授權(quán)頻譜資源緊缺的問題。然而，網(wǎng)絡(luò)面臨著可用頻譜資源的動態(tài)性導(dǎo)致了信道容量的時變性，同時還面臨著傳統(tǒng)無線傳感網(wǎng)絡(luò)能量受限的特點。為此，本文研究了可用頻譜時變、節(jié)點能量受限情況下速率分配與網(wǎng)絡(luò)壽命的聯(lián)合效用優(yōu)化問題，提出了基于可分布式執(zhí)行的隨機次梯度算法，并證明了算法收斂的條件。該算

4、法在執(zhí)行過程中只需當(dāng)前時刻的頻譜可用情況，無需授權(quán)頻譜狀態(tài)的概率分布。仿真結(jié)果表明了該算法的收斂性能，同時，認(rèn)知無線電技術(shù)的引入與多徑路由的選擇可提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量與網(wǎng)絡(luò)壽命的聯(lián)合效用優(yōu)化。
　　2)在不對授權(quán)用戶造成干擾的前提下，傳感節(jié)點利用認(rèn)知無線電感知到的空閑授權(quán)頻譜資源傳輸數(shù)據(jù)，提高頻譜資源利用率的同時提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。由于授權(quán)用戶的出現(xiàn)是隨機的，從而使得傳感節(jié)點傳輸?shù)逆溌啡萘恳搽S之發(fā)生變化。然而，實際應(yīng)用對無線傳感網(wǎng)絡(luò)的實時性