协同频谱感知中的空间复用媒体访问控制策略研究

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"无线传感器网络,2017,9,205-237\nhttp://www.scirp.org/journal/wsn\nISSNOnline:1945-3086\nISSNPrint:1945-3078\nDOI:10.4236/wsn.2017.97012 July 31, 2017 Media Access with Spatial Reuse for Cooperative Spectrum Sensing\n Xiao Shao, Harry Leib\n Department of Electrical and Computer Engineering, McGill University, Montreal, Canada" 协同频谱感测是认知无线电(Cognitive Radio, CR)技术中的核心功能,旨在高效利用有限的无线电频谱资源。随着无线通信服务需求的持续增长和频谱资源的日益紧张,认知无线电作为一种创新解决方案,允许次级用户在不干扰主要用户的情况下共享频谱。本文聚焦于一个特定的检测转发无线传感器网络(Detect-and-Forward Wireless Sensor Network, DetF WSN),它采用k-out-of-n决策融合策略,以应对报告通道错误时的协作频谱感知。 空间复用是一种有效的频谱效率提升手段,尤其在无线传感器网络(WSN)中。通过空间复用,多个传感器节点可以在同一时隙内同时传输数据,从而增加网络的吞吐量和整体性能。文章探讨了基于时分多址(TDMA)和正交频分多址(OFDMA)的空间复用媒体访问控制(MAC)协议设计,这些协议旨在减少冲突,节省用于WSN内部通信的资源。 在MAC协议设计中,作者考虑了两种方法:贪婪算法和自适应模拟退火(Adaptive Simulated Annealing, ASA)算法。贪婪算法通常追求局部最优解,而ASA算法则是一种全局优化工具,能够探索更广泛的解决方案空间,特别是在复杂的优化问题中。这两种方法被应用于在Rician衰落环境下的网格网络,以评估它们对频谱感测性能的影响。 通过模拟和分析,文章展示了在不同条件下,两种设计方法如何影响WSN的频谱感测性能。Rician衰落模型考虑了多径传播引起的信号衰减,这是无线通信中常见的现象。这些结果对于理解WSN在实际环境中的表现以及优化空间复用MAC协议具有重要意义。 总结而言,本文深入研究了在WSN中实现协同频谱感测的空间复用MAC协议设计,探讨了两种不同的优化算法,并在Rician衰落环境中进行了性能评估。这些研究成果为提高WSN的频谱效率和可靠性提供了理论支持和实践指导,对于未来智能无线网络的设计和优化具有参考价值。