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

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

2、效的節(jié)約節(jié)點(diǎn)有限的能量，是認(rèn)知無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)急需解決的難題。為了推廣無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍，提高傳感節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理速度、保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度也是認(rèn)知無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中一項(xiàng)重要的研究熱點(diǎn)。
　　本文在充分了解國(guó)內(nèi)外對(duì)認(rèn)知無(wú)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(duì)無(wú)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(wèn)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(duì)日益緊張

3、的無(wú)線頻譜資源限制了無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?jié)摿@一問(wèn)題，本文引入了認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)，即無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)與認(rèn)知無(wú)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(wèn)題。然而，網(wǎng)絡(luò)面臨著可用頻譜資源的動(dòng)態(tài)性導(dǎo)致了信道容量的時(shí)變性，同時(shí)還面臨著傳統(tǒng)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)能量受限的特點(diǎn)。為此，本文研究了可用頻譜時(shí)變、節(jié)點(diǎn)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(wèn)題，提出了基于可分布式執(zhí)行的隨機(jī)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(guò)程中只需當(dāng)前時(shí)刻的頻譜可用情況，無(wú)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(shí)，認(rèn)知無(wú)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(duì)授權(quán)用戶造成干擾的前提下，傳感節(jié)點(diǎn)利用認(rèn)知無(wú)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(shí)提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。由于授權(quán)用戶的出現(xiàn)是隨機(jī)的，從而使得傳感節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)逆溌啡萘恳搽S之發(fā)生變化。然而，實(shí)際應(yīng)用對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性