认知无线传感网络关键技术研究

The main objective of this project application is to have an in-depth study on key technologies in the cognitive radio sensor networks. The innovative achievements on the key algorithms and related theories of the cognitive wireless sensor networks can be acquired through the research on the algorithms such as fuzzy mathematics based clustering cooperative spectrum sensing, dynamic spectrum access, relay selection scheme and interference analysis. The specific contents and objectives for this study are as follows. Firstly, the project plans to use the theory of fuzzy mathematics to propose a new algorithm on cluster-based cooperative spectrum sensing, aiming to achieve the intelligent cooperative spectrum detection. Secondly, the proposal intends to design the flexible strategy for mixed spectrum accessing and the optimal scheduling framework for dynamic spectrum accessing, based on network connectivity. Thirdly, the program aims to design a scheme for relay selection, for achieving optimal relay selection based on throughput maximization. Finally, the research plans to propose a probability distribution model of interference analysis by the use of the random geometric theory, and also implement the analysis on interference and performance parameters under multiple access plans. Based on the above research plans, the application will make further study on the accuracy verification for the proposed algorithms, by the method of in-depth theoretical analysis, carefully designed computer simulation and necessary assistant experiments. The proposal aims to systematically complete the above tasks, making valuable contributions to practical wireless communication systems.

本项目拟深入研究认知无线传感网络中的关键技术，通过对分簇协作频谱模糊感知、动态频谱接入、中继选择机制以及干扰分析等方面的研究，争取在认知无线传感网络相关理论和关键技术方面获得创新。具体研究内容及目标为：运用模糊数学理论，研究基于模糊数学的分簇协作频谱感知算法，实现频谱资源的智能检测；基于网络连通性，设计灵活的频谱混合接入策略和动态频谱接入的最优调度方案；设计中继选择机制，以实现吞吐量最大化下的最优中继选择；采用随机几何方法，建立干扰概率分布模型，实现多种接入方案下的干扰及参数分析。本申请将通过深入的理论分析、计算机仿真并辅之必要的实验，验证所提算法的合理性，为将来应用于实际无线通信系统奠定基础。

本课题将认知无线电与无线传感器网络两种技术相互融合，将二者优势充分互补，在此前提下对基于模糊数学的分簇协作频谱感知算法、基于网络连通性的动态频谱混合接入策略、中继选择机制优化算法和认知无线传感网络的干扰分析四个方面作深入的理论研究。. 对于“基于模糊数学的分簇协作频谱感知算法”这一内容，首先推导出了在不同SNR下以闭合形式导出一组最优感知持续时长的近似公式，并研究了软判决协作频谱感知的最优判决门限，接着研究了认知无线电网络频谱感知性能和频谱利用率的折中问题，以及多用户协作感知场景下的性能折中问题。还提出了一种双台阶信用度阈值策略来剔除协作频谱感知中的恶意用户，最后研究了一种稳健的协作频谱感知策略来对抗概率SSDF攻击。. 对于“基于网络连通性的动态频谱混合接入策略”这一内容，首先对带有多重Nakagami信道的认知网络中队列容量有限下的性能分析与最优接入策略进行设计。在其基础上，我们接着研究了多信道认知网络中多个跨层因素下的频谱接入策略，然后我们研究了认知网络中分级从用户的目标信道序列选择问题。更进一步的，我们对认知传感网中的节点密度自适应频谱接入策略进行了分析。最后，我们在前面的基础上，对空域和时域都进行了考虑，研究了多信道移动认知网络中的空时频谱接入策略。. 对于“中继选择机制优化算法”这一内容的研究，首先对基于大规模MIMO的中继传输系统功率分配方案进行了研究，其次对无线通信中存在多个窃听者的中继选择的截取概率进行分析。并对人工噪声辅助双向机会中继选择的安全性与可靠性进行权衡和分析。.对于“认知无线传感网络的干扰分析”这一内容，首先研究了基于正交频分多址接入（OFDMA）的认知网络模型中的资源分配问题，其次研究了基于OFDMA的认知无线网络中的移动从用户模型，并提出了一种包含功率增强步骤的功率分配算法。最后提出了一种基于分段近似凸分解的感知时长和资源分配的联合优化方法。