The present invention relates to a method of energy collection and power control for a cognitive wireless sensor network. Aiming at maximizing network throughput, we use mathematical optimization method to optimize the resource allocation of data transmission time and transmission power of cognitive sensor nodes in the network. The method can realize the continuous transmission of cognitive wireless sensor network in the authorized frequency band without affecting the primary user, and at the same time, the cognitive sensor node does not need to have fixed energy source, and can achieve long-term work and flexible deployment. Using this method, the spectrum efficiency and energy efficiency can be improved at the same time, and the green coexistence of the cognitive wireless sensor network and the main user network can be realized.
【技术实现步骤摘要】
一种认知无线传感网的能量收集与功率控制方法
本专利技术涉及无线传感网技术,具体地说,它是一种认知无线传感网的能量收集与功率控制方法。
技术介绍
随着无线网络的大规模应用和部署,免授权的ISM(IndustrialScientificMedical)频段被越来越多的无线网络占用,导致该频段信道存在严重的干扰,面临着频谱稀缺的问题。仅以ISM2.4GHz频段为例,就工作有Bluetooth、ZigBee,Wi-Fi等商用网络以及WirelessHART、ISA100.11a、WIA-PA和WIA-FA等工业网络。当这些网络部署在相同区域时,就不可避免地存在相互干扰,造成通信质量的严重下降。而由于传统无线传感网的低成本、低功率等特性,其抗干扰能力十分有限,使得无线传感网的可靠通信面临着巨大挑战。在传统无线传感网中,一些典型的抗干扰方法主要包括:(1)通过跳频通信进行周期性的信道切换,如盲跳频、自适应跳频等;(2)通过信道侦听进行传输避让或竞争接入,如载波监听多址接入(CSMA)等;(3)通过集中式设备进行网络间协调通信;(4)通过功率控制降低相互干扰实现网络共存。但是,上述方法都没有从根本上解决频谱稀缺的问题。认知无线电技术的快速发展为无线传感网的可靠通信提供了新的思路。认知无线电通过智能感知外界环境,并自适应地调整功率、载频、调制方式等传输参数实现对授权频段的动态频谱接入。基于此,认知无线传感网应运而生,并被广泛讨论与深入研究。认知无线传感网的优势主要包括:(1)动态频谱接入;(2)突发性通信的机会信道使用;(3)自适应降低功耗;(4)多个并发网络的重叠部署。 ...
【技术保护点】
一种认知无线传感网的能量收集与功率控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,建立由一个汇聚节点和多个具有能量收集能力的认知传感节点组成的星型认知无线传感网;步骤2,汇聚节点和认知传感节点在每个传输周期开始前分别进行信道质量评估,各认知传感节点完成信道质量评估后,将评估结果发送给汇聚节点;步骤3,汇聚节点以最大化网络吞吐量为目标,对多个认知传感节点的传输时间和发射功率进行联合优化,获得最优资源分配结果;步骤4,汇聚节点将最优资源分配结果广播给认知传感节点,对认知传感节点进行传输调度;步骤5,认知传感节点进行能量收集或数据传输。
【技术特征摘要】
1.一种认知无线传感网的能量收集与功率控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,建立由一个汇聚节点和多个具有能量收集能力的认知传感节点组成的星型认知无线传感网;步骤2,汇聚节点和认知传感节点在每个传输周期开始前分别进行信道质量评估,各认知传感节点完成信道质量评估后,将评估结果发送给汇聚节点;步骤3,汇聚节点以最大化网络吞吐量为目标,对多个认知传感节点的传输时间和发射功率进行联合优化,获得最优资源分配结果;步骤4,汇聚节点将最优资源分配结果广播给认知传感节点,对认知传感节点进行传输调度;步骤5,认知传感节点进行能量收集或数据传输。2.根据权利要求1所述一种认知无线传感网的能量收集与功率控制方法,其特征在于,所述星型认知无线传感网中,以汇聚节点为中心,多个认知传感节点为终端;所述认知传感节点以次用户身份接入到主用户网络的授权频段,并与汇聚节点进行通信;所述主用户网络包含1个无线基站和1个主用户。3.根据权利要求1所述一种认知无线传感网的能量收集与功率控制方法,其特征在于,所述认知无线传感网采用时分多址接入机制进行传输调度,认知传感节点在其分配的传输时间内与汇聚节点进行周期性通信;其中,一个通信周期的长度与一个帧的长度相同。4.根据权利要求1所述一种认知无线传感网的能量收集与功率控制方法,其特征在于,所述汇聚节点采用固定能量源进行持续性供电,并负责认知无线传感网的集中式资源分配和传输调度。5.根据权利要求1所述一种认知无线传感网的能量收集与功率控制方法,其特征在于,所述认知传感节点没有固定能量源供电,仅配备能量收集装置,并完全依靠所收集的能量进行供电;认知传感节点根据收集的能量在分配的传输时间以分配的发射功率将传感数据上传给汇聚节点。6.根据权利要求1所述一种认知无线传感网的能量收集与功率控制方法,其特征在于,所述步骤2包括:汇聚节点评估认知传感节点到自身的信道功率增益,以及基站到自身的信道功率增益;认知传感节点评估基站到自身的信道功率增益,以及自身到主用户的信道功率增益。7.根据权利要求1所述一种认知无线传感网的能量收集与功率控制方法,其特征在于,所述步骤3包括以下步骤:A.以最大化网络吞吐量为目标,以各认知传感节点的传输时间和发射功率为变量,建立如下优化问题P1:其中,M...
【专利技术属性】
技术研发人员:梁炜,于海斌,许驰,郑萌,彭士伟,
申请(专利权)人:中国科学院沈阳自动化研究所,
类型:发明
国别省市:辽宁,21
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