埃及信息学杂志23（2022）77基于混合频谱切换的协作频谱感知认知无线电网络能量有效性Kaleem Arshida，Zhang Jianbiaoa，Iftikhar Hussainb，Muhammad Salman Pathanc，d，Zhang，MuhammadYaquba，Abdul Jawade，Rizwan Munirf，Fahad Ahmadga北京工业大学信息技术学院可信计算北京市重点实验室，北京100124b爱丁堡商学院，赫瑞瓦特大学社会科学学院，爱丁堡，苏格兰EH12 4AS，英国c爱尔兰梅努斯爱尔兰国立大学计算机科学系dADAPT SFI研究中心，爱尔兰e政府规划和发展部。地址：Khyber Pakhtunkhwa，Peshawar 25000f北京邮电大学，北京10086gJouf University，Sakaka，Aljouf 72341，Saudi Arabia，基础科学系，公共一年级主任阿提奇莱因福奥文章历史记录：收到2022年2022年5月16日修订2022年6月22日接受2022年7月16日在线发布保留字：认知无线电网络频谱感知协作频谱感知能量检测能效决策A B S T R A C T无线网络中的快速频谱使用可能降低能量效率，这要求认知无线电网络比传统网络更有效由于数据传输需求的增加，认知无线电网络由于频谱带宽的缺乏而出现。频谱感知和切换决策是两种认知无线电网络策略，有助于避免干扰，信道接入和主用户和次用户之间的共存目前的研究主要集中在切换决策和协作频谱感知，以提高感知效率和系统吞吐量，而忽略了能量效率和切换延迟。频谱移动性和感知是实现高能效认知无线电网络的关键。本研究提出一种第二优先权使用者传输系统，利用合作频谱侦测来侦测可用频道。能量检测技术优化了感测过程的能量使用，从而提高了能量效率。提出了一种基于主用户业务模式的频谱移动性管理门限方法。一个阈值的方法是用来计算概率的停留和等待和QoS切换值。使用基于动态频谱聚合的混合切换策略来选择传输信道此外，提出了一种协作频谱感知算法，并进行了仿真，以确定具有最大吞吐量和最小能耗的最佳信道。该方法提高了能量效率和吞吐量，同时保持切换延迟，并避免了误检和虚警。该技术提高了能源效率，感知性能，曼斯，吞吐量和切换时间。误检©2022 The Bottoms.由Elsevier BV代表计算机和人工智能学院发布开罗大学法律系。 这是CC BY许可下的开放获取文章（http：//creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。1. 介绍无线应用的快速增长频繁地增加了对更高信息速率的要求，使得频谱*通讯作者：爱尔兰国立梅努斯大学计算机科学系电子邮件地址：muhammad. mu.ie（M.S.帕坦）。开罗大学计算机和信息系负责同行审查。制作和主办：Elsevier属性和分配策略进行测试。为了有效地改善静态频谱使用策略，基于动态频谱建立了齿向无线电（CR）的优势属性认知无线电技术是通过优化频谱资源来解决频谱稀缺问题的一种有效技术。认知无线电在正确利用其无线电参数的同时观察频谱及其表面[1]。认知无线电被正式定义为在利用第一优先级用户（FPU）工作的相同频谱上的的https://doi.org/10.1016/j.eij.2022.06.0081110-8665/©2022 THE COURORS.由Elsevier BV代表开罗大学计算机和人工智能学院出版。这是CC BY许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表埃及信息学杂志杂志主页：www.sciencedirect.comK. Arshid，Z.坚彪岛Hussain等人埃及信息学杂志23（2022）7778第二优先级用户（SPU）面临着一些新的挑战。认知无线电用户（CRU）或SPU不具有对特定信道的许可接入SPU的通信可以被FPU中断。新的频谱管理（SM）挑战，如干扰避免，QoS需求和无缝通信是认知无线电网络（CRN）的关键参数。频谱感测、频谱管理/决策、频谱共享和频谱移动性/共享完全取决于CRN。频谱感测（SS）和频谱决策（SD）是FPU基于由于信道利用和信道空出决策而产生的感测结果的关键使能功能SS中的FPU和SPU不断地监视频谱，并且其还监视和识别可用于SPU通信的频谱开口SS分为三种类型：合作检测、非合作检测和干扰检测[3]。在协作频谱感知（CSS）中，许多SPU决定通过在所有SPU之间共享关于可用信道的信息来感知空闲信道，以获得FPU的更好性能，同时还最小化概率值[4]。为了提高通信领域的感知能力，人们对CSS进行了大量的研究虽然它提供了更好的传感性能，它消耗更多的能量，增加了传感时间。在使用CSS来改善感测时间并最大化CRN整体性能的同时，需要能量效率平等本文提出了一个SPU在CRN传输模型，使用CSS的方法。该模型分为感知与传输、移动性管理和切换决策三个步骤.频谱切换是由CRU或SPU捕获的许可频谱短时间因此，如果FPU尝试使用该频谱，则CRU传输必须在下一个空信道中恢复。CSS用于感测和传输过程中，以通过考虑所有SPU的传播感测选择来改进感测例程。虽然CSS很复杂，但它通过改进传感过程产生精确的结果。 能量检测技术用于CSS中，以优化感测过程中的能量消耗，从而产生能量效率。SPU持续监控其周围环境，并通过能量检测方案检测可用信道。频谱移动性管理用于切换决策，并根据FPU到达模式和传输要求管理可用信道上的SPU传输。它有助于实现协调并避免所选信道上的冲突。频谱共享通过分配信道和能量来消除FPU和SPU之间的干扰。为了选择合适的信道进行传输，使用基于动态频谱聚合（DSA）的混合切换方法。频谱和FPU干扰的使用由误检和虚警概率值决定。这些功能的主要目标是减少误报和漏检.还提出了一种算法，使用组件的模型的每一步。该模型用Java实现通过遵循算法中描述的步骤并使用合成数据集来作为概念的证明。本文的其余部分组织如下。有关工程在第2节中介绍第3指定SPU传输模型，从CRN的体系结构视图开始。然后详细描述该框架，然后是模型概述. 该框架分为感知与传输、移动性管理和切换决策三个部分在本节末尾全面描述了一种第4节讨论了实验及其结果。最后，第五部分是结论和未来的工作.2. 文献综述通常，三种方法通常用于初级transmittance检测：能量检测方法（ED）、循环平稳检测方法（CD）和匹配滤波器检测方法（MFD）[3，5]。由于多径衰落、阴影和噪声不确定性，SS的执行受到限制，因为这些是无线信道的基本属性。在由障碍物引起的衰落的经验中，在SPU处接收的FPU信号的功率将很大并且太弱而无法识别。协作感知的核心目的通过组合所有SPU的感测结果来提升感测性能。此外，基于这些结果进行决策比单个用户决策更精确非合作方法基于检测从主系统传输的信号非合作技术通常基于这样的假设，即主要传输区域对于感觉设备是已知的。因此，SPU应仅依赖于检测弱的主传输信号，并且仅使用本地检测来执行SS。感测设备在其覆盖区域中不具有完整的频谱保留信息。因此，不可能完全避免对FPU的有害三种方法通常用于初级发射机检测：根据[6，7]中的作者，CSS提出了一种精确的解决方案，用于提高感测成果。认知无线电频谱分配分为集中式和分布式两种。在集中式方案中，频谱由感测控制器（基站）感测，并且结果与所有其他邻居节点共享。在分布式中，SPU感知频谱并利用频谱机会，SPU可以做出决定（非合作感知）或基于其他SPU感知（分布式感知）。在几种研究[8-11]中，测量了集中式频谱分配，并获得了以下结果：（i）感测控制器可以全局查看频谱，（ii）网络的吞吐量增加，以及（iii）SPU的干扰最小化到最大水平。此外，频谱服务器可以用于可接入频谱上的公平性，并控制贪婪用户之间的吞吐量，这些贪婪用户主要占用整个频谱带，以执行其吞吐量并为其他用户造成问题。因此集中式频谱分配在接入吞吐量和公平性方面表现更好。集中式频谱分配通过冲突图控制SPU间的干扰。感测控制器可以全局地感测频谱。因此，它是维护的关键点。它还支持将频谱分配给SPU并共享有关频谱吞吐量的信息。集中式频谱分配中的一个相当大的挑战是感测控制器如何与其他SPU共享信息。 此外，如果感测控制器由于电源或意外故障而失效，则网络分配是不可能的。在分布式频谱分配中，中央控制器不能与网络中的所有其他SPU交换信息[12在分布式方案中，SPU可以选择用于通信的目标信道，并且基于邻居的感测结果通过与它们的邻居协调来在分布式频谱中，每个SPU计算度量并与邻居共享信息，计算最近频谱的业务负载，并选择具有最小业务负载和与FPU的最小干扰的频谱集中式方案被认为比分布式方案慢，因为当集中式方案共享信息时，需要在所有节点上进行改变，因此业务负载将增加。使用分配方案，决策是K. Arshid，Z.坚彪岛Hussain等人埃及信息学杂志23（2022）7779基于本地节点采取;因此，决策更快。然而，在分布式方案的缺点是，节点只有他们的邻居SPU的信息，而不是整个网络的工作。此外，任何不准确的信息都可能影响分配方案的结果。对于能量检测器，感测时间影响检测器在研究[16然而，能源供应有限。许多研究人员已经研究了报告通道（从SPU到融合中心（FC）的通道）是加性高斯白噪声（AWGN）时CSS的功能[19在[26]中讨论了一个框架，该框架允许结合CSS和切换技术之间的关系，以提高CRN中的能量效率。在CSS中，当信号较弱时，SPU控制阴影效应，发现频谱接入机会，消除误检和虚警概率。感知的增加会导致更高的能量消耗，因此，存在最优的频谱空间来最大化用户吞吐量和能量效率。在[27，28]中，从理论上讨论了OSI模型与传统设备相比，SPU需要给出了CRN中如何调节能量消耗和能量管理的理论概念。由于各种SPU位置和信道条件，[29]表明SS中所有SPU的交互是不正确的，并且只有在与主信号检测器的高SNR的一组用户协作时才能完全检测到虚警。许多研究表明，CSS可以显着增加在死亡通道中被发现的机会[5]。在[30]中，使用FC方案，其中棘手（单个比特）和软（多个比特）决策用于共享信息。对于最终决策，FC在艰难决策中遵循K/N规则在软判决中，应用最优融合规则，该规则在给定量化方案中存在报告信道错误的情况下组合由SPU发送的所有信息基于软判决的CSS每帧被认为在能量消耗方面比硬判决更鲁棒，并且它需要更宽的带宽用于信道控制，但是没有产生能量效率。作者在[31]中，在初始阶段的SPU感测被称为粗略感测，并且感测时间是可以想到的，以处理减少能量消耗。执行两阶段感测以利用一比特判决（硬判决）节省时间。尽管如此，两阶段感测技术有效地减少了感测时间。它在报告阶段引起额外的能量利用此外，没有检查第一结果对可达吞吐量的影响，这可能降低能量效率。在[32，33]中，该模型被提出用于具有有效能量使用的低复杂度感测和切换，但不能检查CSS对能量和吞吐量的影响。将SPU划分为两组进行决策，并将两组的感知结果发送到FC进行最终决策。通过提高每组中的SPU和FC的阈值，使能量最大化。利用粒子群优化算法求解最大化问题。根据两个独特阶段的结果，这可能会降低最终决定的可靠性。在[34]中，作者描述了基于SPU功率采集、灵敏度和报告质量的快速和高性能。在[35，36]中，提出了两种节能方案以降低能耗。在降低功率的传感器和报告系统中，通过减少FC中的感测站和报告站作者在[37，38]中描述了MFD是一种适当的检测方法。从ED中提取中间波长[39]，可用作FPU分离和测定的参比元素。通过使用MFD检测，SPU需要与FPU完全对齐根据[40，32]，MFD可以将预先识别的键信号与获得的信号相关联以检测FPU的存在。MFD的好处是，它需要一些短期可用的信号样本，并需要实现可接受的检测功能[21，41]。在[42此外，相应的采集在连接的灵敏度方面超过ED。ED的灵敏度随着SNR的降低而依次增加，而相应的检测仅成比例地增加。然而，有关波形模式的细节是进行一致采集的要求根据[45，34]，CD是最有效的SS方法之一，它使用循环平稳特征来检测干声后或低SNR状态下的信号。循环平稳特征检测器使用时间信号强度作为测试统计量。它从时区过渡到频率因子域，然后在新的域上执行假设检验。循环平稳元素的检测在[46]中首次引入。循环平稳特征识别器使用这些随机化的统计信号，并通过参考平均值和自动信号检测来检测。如果平均值和自相关值随时间变化，则接收到的信号与FPU相关联;否则，它是噪声，不受时间影响。因此，循环平稳因子检测器在非常低的SNR区域中可能是足够的。在[47]和[48]中考虑了操作时间估计，以提高探测器的耐用性。典型的特征检测是指排除不具有循环平稳性的数据的采集和分割过程。所有SPU独立执行本地频谱测量，使用检测算法，并做出二进制决策。由于能量检测是一种简单直接的方法，如上述文献中所讨论的，许多研究，即[49 当应用于本地SS，每个SPU将接收到的功率信号或判决结果发送到目的节点。已有的研究主要集中在协作频谱感知和切换决策上，通过提高感知效率和最大化系统吞吐量来实现，而忽略了能量效率和切换时延的影响。为了使认知无线电网络成为一个能量有效的系统，频谱移动性和感知被认为是主要因素.在使用CSS来改善感知时间并最大化CRN的整体性能时，能源效率的平等是强制性的。在这项研究中，能量检测的方法是使用在CSS中，以优化在传感过程中的能量消耗，导致能源效率。表1比较和对比了SS技术。比较两种策略的时延、能效和吞吐量。CSS是一种具有降低阈值、灵敏度和要求的优点，同时具有增加数据开销的缺点的技术当切换延迟最短时，能量效率和吞吐量受到影响。由于能量检测是简单的实现，切换延迟，能量效率，和吞吐量是平均的，需要一个长的感测时间。由于匹配滤波器检测技术需要较少的专用时间，并且在检测噪声时更有效，所以当能量效率最低时，切换延迟可以最小化循环特征检测技术与高度计算和感测时间的平均切换延迟，吞吐量和最小的妈妈能源效率的结果。所提出的传感技术，K. Arshid，Z.坚彪岛Hussain等人埃及信息学杂志23（2022）7780表1比较现有的一些频谱感知技术的时延、能量效率和吞吐量。频谱感知技术和参考文献用于感测的方法吞吐量能效切换时延优势限制协作频谱感知技术能量检测[6，28，29，54][16- 24，46 -48]多个SPU之间的协作感测的能量平均平均平均平均最大平均降低门槛。敏感性和要求。易于实施。有时需要扫描宽通道。增加数据开销。高感知时间。不需要以前的噪声的不确定性匹配滤波器【21，30，34，35，37，38】先前平均最小最大FPU的信息更少的检测时间。动力. 需要紧同步。需要FPU检测骑自行车的[39-45]FPU信息周期平均最小平均噪声检测是最佳的。鲁棒的噪音。信息. 需要一个专用的接收器。感知时间长。特征检测接收信号提高SPU吞吐量。高计算复杂性CRN能量检测中的建议能量效率在目标通道上改善改善最小化能效易于实施。-更少的感知时间。不需要FPU“高效频谱感知技术3. 建议的第二优先级用户传输模型根据现有的研究，CSS在CRN中检测FPU以去除干扰方面产生更好的结果。CSS在检测FPU时消耗更多的能量，以改善感测时间，同时也增加了系统开销。研究人员主要关注增加频谱吞吐量和提高感知性能，但他们忽略了无线通信中的能耗和优化[52，53]。能源效率，ciency平等被认为是重要的，当使用CSS，以改善感知时间和最大限度地提高CRN的整体性能。能源危机和环境标准促使无线通信研究人员支持能源效率[25]。这项研究预计SPU传输框架，结合CSS技术，以感测频谱中的可用信道。在CSS中，使用能量检测技术来优化感测过程中的能量消耗，从而实现能量效率。此外，提出了一种基于到达模式的频谱技术用于切换判决。为了选择合适的信道进行SPU传输，提出了一种基于动态频谱聚合（DSA）的混合切换方法。在描述了广义CRN架构和所提出的模型的概述之后，本节将框架分为两个子部分：模型框架和算法框架（作为解决方案）。首先，对系统的框架进行了描述通过将CRN过程分解为不同的步骤。其次，作为解决方案域，在算法部分中设计并描述了用于组件（能量检测、频谱移动性和混合切换判决）的算法。3.1. 认知无线电网络架构作为基础设施网络实现的具有对特定信道的机会性接入的网络被称为CRN。提高整个网络利用率的主要目标CRN架构是频谱消耗和能量效率。用户可以随时随地使用CRN来满足他们的需求。服务提供商（SP）可以为（移动）用户提供更好的服务。SP高效地分配CRN资源以每单位带宽传输附加分组。此外，CRN中的SPU可以感测空闲信道和其他通信资源。CRN包括多个用户、通信资源和网络，并且可以作为异构系统来执行。异构性发生在以下工具中：无线通信资源、网络、基站、应用和SP。CRN的通用架构如图1所示，以理解CRN的过程和组件。3.1.1. 第一优先级网络具有特定信道的特殊权利或所有权的网络被称为第一优先级网络（FPN）。以下是FPN的一些示例：CDMA、WiMAX、ISM、TV广播和标准蜂窝网络。拥有特定无线电频谱的主网络的许可用户被称为FPU。FPU具有原始权利，其通信不应受到SPU通信的FPN在专用频率信道中运行，并且在许可或未许可信道中工作在FPN中，许可信道在FPU利用频带方面当FPU使用授权信道时，不允许其他用户（FPU或SPU）干扰和占用该特定信道。在FPN中，FPU兼容地利用未授权频带，并且通过共存并考虑彼此的干扰而在相同的频带中操作3.1.2. 第二优先级网络具有对特定信道的机会接入的网络是第二优先级网络（SPN）。Ad-hoc网络是SPN的示例SPN既没有固定的操作频率信道，也没有在被FPU使用时访问该信道的权利驻留在这个网络中的对象通过使用频谱孔动态地交互SPU不具有对专用信道的许可访问，并且它相当机会主义地访问FPU的暂时空闲信道以便执行其通信。该com-K. Arshid，Z.坚彪岛Hussain等人埃及信息学杂志23（2022）7781Fig. 1.广义认知无线电网络的系统模型。当前由SPU执行的通信可以被FPU中断。3.1.3. 基站FPN和SPN的基站是固定的组件，并且具有认知无线电的能力基站代表系统的基础侧并提供以下服务：即，移动性管理、空闲信道管理和基站安全管理。它提供了一个网关来访问互联网，并通过使用户之间的无线通信形成一个无线网络。在SPN中，一些基站在彼此连接时可以充当中继器。3.2. 拟议模式提出了一种SPU传输模型，用于CRN中的感知、移动性管理和切换决策。基于能量检测的CSS方法用于检测可用空闲信道，频谱移动性管理用于切换决策。提出了一种基于DSA的混合切换方法来选择合适的信道进行传输。所提议的模式具有以下特点：1. CRN应该是一个循环和时分系统，其中每个SPU优先考虑感测和传输。2. SPU的实际传输是在目标通道（专用于FPU）被感知为空闲并被SPU占用时执行的。3. 频谱感测由CSS执行，其使用能量检测技术来优化能量消耗，从而导致能量效率。4. SPU继续在空闲信道（专用于FPU）上传输，直到它被FPU中断并且满足通信要求5. 当FPU在其专用信道上恢复其传输或传输要求未被满足时，SPU调用移动性管理功能以决定是否执行切换。6. 基于FPU到达模式的方法用于等待当前信道或执行切换决策过程以从空闲信道列表中租用新的可用信道7. 一个基于DSA的混合切换方法被用于在切换决策过程中执行可用信道的列表上的感测。8. SPU从同意DSA统一分配的空闲信道列表中选择任何空闲信道进行传输3.3. 基于协作频谱感知的图2展示了所提出的SPU传输框架。计划的设计被分成以下一般步骤：（i）感测和传输，（ii）移动性管理，以及（iii）切换决定;并且还在以下子部分中详细描述。3.3.1. 传感和传输这一步骤分为两个过程：传感和传输。SPU在检测过程中不断检测空闲信道以进行传输.频谱感测过程可以通过使用当前可用的感测技术之一来执行，即，协作频谱感知（CSS）[17，13]、匹配滤波器检测（MFD）[38]或循环平稳特征检测（CFD）。在这项研究中，我们结合了基于能量检测技术（EDT）[51，27，32]的CSS方法进行传感。能量检测技术由于其困难的性质和较低的计算性能而用于频谱感测[26，24，49]。SPU在传输中当前占用的空闲信道K. Arshid，Z.坚彪岛Hussain等人埃及信息学杂志23（2022）7782ð Þ图二、提出了一种基于协作频谱感知的第二优先级用户传输框架过程占用的通道专用于FPU，并在空闲时释放。在被占用信道上的传输期间，由SPU连续地监视FPU（信道的所有者）的移动。当FPU通过再次占用其专用信道中断传输时，SPU通过移动性管理决定等待当前信道或执行切换以占用新的空闲信道。因此，SPU在新占用的信道上继续其传输。在所提出的模型中，基于EDT的CSS方法在感测和传输中起着至关重要的作用，并且CSS被详细描述如下。3.3.1.1. 协作频谱感知。CSS方案在频谱感知中是可靠的，并且有助于感知空闲信道、监视FPU、在所有SPU之间共享数据（感知选择）以及消除入侵、遮蔽和隐藏问题。CSS被用于感测和传输过程中，以通过所有SPU的传播感测选择来改进感测例程。协调的（商定的）决策是基于传播的感测选择来指定的，并且被认为比单个用户决策更精确。本地感测信息被发送到基站（BS），称为数据融合中心（FC）。基站基于SPU发送的数据进行决定。最初，SPU在占用的信道上开始传输，并且在传输期间，它还监视FPU活动。当FPU控制SPU占用的信道时，当阈值不满足停留在当前信道时，选择新的目标（空闲）信道继续传输。此外，CSS被认为是一项具有挑战性的任务;然而，它通过改进传感过程给出了精确的结果。SPU（如图3所示）持续监控环境，并使用能量检测方案检测可用信道。 下面详细描述能量检测方案3.3.1.2. 能量探测。能量检测技术被认为优于其它技术，即，MFD和CFD。在EDT方法中，基于在静态带宽和时间段上建立的信号来计算能量。能量信号是通过将指定（检测）值与为能量检测器设置的阈值相关联来检测。常数值可以然而，它取决于FPU到达模式，并且可以动态地计算该值。随着FPU到达其专用信道，表观能量点得到改善。在计算该值时，在FPU存在或不存在期间多次验证表观能量点。当从到达的模式信号计算的能量水平值增加到阈值以上时，执行越区切换处理以开始频谱越区切换。有两种类型的能量检测器（如图4所示）：模拟和数字。模拟能量检测器包含一个噪声预滤波器和一个临时连接器（积分器）。噪声预滤波器与方形器件Z2兼容。前一个滤波器用于控制噪声和噪声变化。接收的信号强度（测试统计）等于积分器产生的输出字符a（灰色虚线）表示模拟能量探测器流量。其次，数字能量检测器基于低通预滤波器和相邻带宽信号。模数转换器（ADC）将连续的模拟信号转换成离散的数字信号。 正方形编译器在最后编译了设备ZHZH2字符b（带有蓝色箭头线）用于显示数字能量探测器的流量。这里显示了能量检测过程（模拟和数字检测器）能量活动的阈值优化在下面的小节中描述。3.3.1.3. 能量活动阈值优化。频谱和FPU干扰取决于误检（MD）和虚警（FA）的概率值。两个概率值都取决于感测时间和检测阈值。当SPU检测到FPU时使用术语FA;类似地，当SPU错误地检测到FPU时使用术语MD（能量活动的）阈值优化的主要目的是降低MD和FA情况的概率值K. Arshid，Z.坚彪岛Hussain等人埃及信息学杂志23（2022）7783ð Þð Þ图三. 协作频谱感知行为。图四、常规能量探测器a.安纳克湾数字.如果在FA中发生错误，则使用以下策略来检测并可以降低其发生的可能性。设H0表示空闲信道，H1表示忙信道。等式（1）用于计算H0的概率值。H0：ximuim 1在等式（3）中，我们假设x i m是第i个SPU有功能量检测器的第m个样本，I={1，2，3，. . ，n}是属于集合I的SPU，其中i是活动SPU，并且u， m是活动SPU的噪声。样本集S表示为S ={1，2，3，.. . ，n}，其中有效样本表示为m。H1由以下公式计算：（2）下面。H1：ximhi;振幅m：s初级mum 2其中，幅度增益是用于表示信道的幅度增益的信道衰落系数，而主信号是主信号。错误检测ED概率的概率值由等式（3）计算。PH0和PH1分别是空闲信道和业务信道的概率值。假设针对虚警计算的概率值是PFA;i，并且针对误检计算的概率值是PMD;i。ED概率;i<$PH0：PFA;i<$PH 1：PMD;i<$3需要一种机制来减少错误发生的机会。为此，我们假设P g，并通过cωi获得有效值其中c是代表决策阈值通过评估以下参数：（i）概率比，（ii）条件的大小概率，（iii）通过假设H获得的信号强度性能。减少/检测误差的概率值由等式（4）计算。cωi<$argcωi 米; g：PFA;i3.3.2. 移动性管理频谱管理根据FPU到达模式对可用信道上的SPU传输进行管理. 它有助于实现协调访问和防止冲突的选定渠道。不同的SPU可以尝试一次接入用于通信的频谱，并且可能发生重叠频谱共享通过信道和功率分配来消除频谱移动性功能在以下情况下执行：（1）当在授权信道上的SPU传输期间FPU被中断（回收授权频谱）时，以及（2）当QoS没有达到当前信道上当FPU在较短的时间段内回收其专用如果FPU使用其专用信道的时间较短，则SPU不会做出切换决定。SPU在当前信道上的停留和等待取决于其传输要求和时间段。在其他情况下，SPU将显式频谱留给FPU从空闲信道列表中选择一个新的空闲信道用于传输。该特征可以通过检测多个概率值来实现，即，能耗、QoS，并进行比较K. Arshid，Z.坚彪岛Hussain等人埃及信息学杂志23（2022）7784具有恒定阈值（明确指定）。提取阈值以比较与能量、QoS和等待时间值相关联的常数值。3.3.2.1. 阈值优化。设计了一种基于主用户业务模式的门限方案来进行移动性管理。在移动性管理中，SPU传输通过考虑QoS、停留和等待以及通信需求来管理。SPU在当前信道上的传输期间定期监视QoS;当它不是sat- isfactory时将执行切换。SPU仅基于QoS而不是FPU中断来执行切换。通过考虑FPU的业务模式，该方案计算QoS阈值计算基于当前的信道性能。QoS的阈值被分级为当该值较高时;性能被认为是令人满意的。当计算的阈值低于所需阈值时，将执行切换。在停留和等待的情况下，所提出的方案将停留在当前信道上或执行切换。这可以通过考虑基于FPU业务模式计算的等待时间来实现。当等待时间高于阈值时，将执行切换。传输要求的情况下，考虑实时应用传输，在当前信道的等待是不确定的。因此，当FPU中断其专用信道时，SPU将执行切换而不调用停留和等待功能。3.3.3. 切换判决当FPU或QoS回收所选择的许可信道在当前占用的信道上不是更好时，在这两种情况下，基于移动性管理过程，SPU可以腾出当前信道。新信道的选择过程称为频谱切换。使用[54]中描述的方法执行切换。所描述的方法是基于混合频谱切换技术，无论是主动和被动切换方案共享的选择部分的主动，而频谱切换决定的被动。SPU在通信之前感知信道，并且在事件发生之后执行频谱切换混合切换方案的优点在于，在频谱切换期间，信道感测未完成，并且可能导致性能改进[55，56]。频谱切换决定相对于SPU的最低总体服务时间在反应式和主动式之间选择合适的切换总服务时间基于以下时间：感测时间、处理时间、等待时间和传输时间。在频谱切换决策中，实现了总体最小服务时间随后，SPU可以在最近选择的信道上保持其传输在基于动态频谱聚合的混合切换方法中，为FPU到达模式选择阈值当FPU的业务模式值低于阈值时，SPU使用主动部分选择备用信道用于通信，但是当FPU的到达模式值超过阈值时混合切换方法被认为是更好的，同时提供低成本的服务和延迟时，流媒体频道的网络应用。3.4. 提出的节能模型算法1示出了SPU传输过程的伪代码。该算法通过获取通道列表开始，FPU列表及其到达模式作为输入。 主驱动函数调用两个子函数transmissionAndSensing（）和mobilityManagement（），用于传输和感测以及移动性管理过程。 SPU传输开始时，一个连接建立。在步骤1中，setTransmitting（）函数被设置为true或false以设置传输。在步骤2中，变量currentChannel用于存储SPU当前占用的通道。空闲信道列表存储在列表vacantChan- nelList[ ]中，并在步骤3中由空值初始化。在步骤4中，firstVacantChannel（）函数从通道列表中选择第一个空闲通道。在步骤5中，while（）循环用于管理传输间隔，并通过isTransmitting（）函数进行检查。在步骤6和步骤7中分别调用函数transmissionAndSensing（）和mobilityManagement（），以执行传输和感测以及移动性管理过程。最后，在步骤8中，while循环被关闭。transmissionAndSensing（）函数执行专用于特定间隔的实际传输和感测此函数将channelsList[]和currentChanne1作为输入，并返回最多四个空通道的列表作为输出。通过此功能，还可以执行特定间隔的传输。传输和感测过程间隔被划分为两个时隙。第一时隙仅用于传输，而第二时隙用于感测。transmissionAndSensing（）函数首先在步骤1中检查时隙，如果isTimeSlot1（）为true，则调用transmission（）函数进行实际传输，并在步骤2中返回currentChannel（传输占用的信道）。当传输结束时，步骤4用于通过isTi-meSlot 2（）检查timeSlot 2，并且调用performSensing（）函数以执行步骤5中的感测过程。performSensing（）函数返回最多四个空闲通道的列表。Sensing（）函数用于在传输期间感测空闲信道。3或4个空闲通道作为备份通道添加到vacantCumberelList [ ]此函数将chan-nelsList [ ]作为输入，并返回列表中的3或4个空通道。步骤1中的while（）循环用于使用isDetectedVacantChannel（）函数检查空闲通道。当在步骤2中使用vacantChannel（channelsList[ ]）函数检测到空闲信道时，将channel分配给vacantChannel变量。在步骤3中，使用条件来检测vacantChannel的能量水平，并将其与energyLevelThreshold进行比较，并监视vacantLevelList [ ]的大小。如果这两个条件都满足，则在步骤4中，将检测到的vacantChannel添加到vacantChannelList[ ]。在步骤6中，while（）结束。当执行切换时，mobilityManagement（）函数通过移动性管理过程返回当前信道（由SPU占用用于传输）。 它将空通道和当前通道的列表作为输入。步骤1检查FPU中断在SPU传输，而占用其通道。在步骤2中，SPU将通过waitingTime（）函数检查FPU当前通道的等待时间。在同一步骤2中，还使用isRealTimeApplicationService（）函数检查实时应 用 程 序 所 需 的 服 务 如 果 任 何 条 件 为 真 ， 则 在 步 骤 3 中 使 用performHanover（）函数执行切换，该函数返回currentChannel。否则，在步骤6中，应用stayAndWait（）以等待较短的间隔，并在一些间隔之后重新开始相同当前信道的传输否则，如果当前通道未被FPU中断，SPU将在步骤9中使用energyLevel（）函数检查当前通道的能量水平 。 当 当前水平的 能 量 水 平 不 是 所 需 的 时， 在步骤10使 用performHanjacket（）执行越区切换。否则，如果能量水平是令人满意的，则在步骤12中，通过函数QoSLevel（）检测当前信道的QoS，并将其与QoSThreshold进行比较。如果当前信道的QoS不是所需的，则在步骤13中通过performHanover（）执行切换。K. Arshid，Z.坚彪岛Hussain等人埃及信息学杂志23（2022）7785←←←←←←←←←←←算法1.输入：信道列表，FPU及其到达模式列表，输出：执行的开始1. setTransmitting（true）; //要么为true，要么为false2. currentChannel null;3. int [] nums;4. currentChannel firstVacantChannel（channelsList[]）;5. while（isTransmitting（））6.transmissionAndSensing（channelsList[ ]，currentChannel）;7.currentChannelmobilityManagement（currentChannel）;8. End WhileEndtransmissionAndSensing（）函数输入：channelsList[ ]，currentChannel输出：执行间隔传输，最多3或4个空闲通道1. iefg（isTimeSlot1（））2.currentChanneltransmission（）; //发送和接收数据包3. End if4. if（）5.int [] strategy（strategy []）;6. End Else IfEndSensing（）函数输入：channelsList[]输出：最多3或4个空闲通道的列表开始1. While（isDetectedVacantChannel（channelsList[]））2.vacantChannel vacantChannel（channelsList[]）3.If（vacantChannel .energyLevel（）>energyLevelThresh- old）AND（vacantLevelList [ ].size（）= 3）4.int [] nums.add（nums）;5.End If6. End WhileEnd移动性管理（）函数Input：vacantChallenge [ ]，currentChallenge Output：handoff processBegin1. If（i）2.If（currentChannel.waitingTime（）>waitingTimeThresh- old）ORisRealTimeApplicationService（）3.currentChannelperformHan（vacantChannelList[]）;4.End If5.其他6.return（）;7.结束其他8. End If9. Else If（currentChannel.energyLevel（）energyLevelThreshold）10.currentChannelperformHan（vacantChannelList[]）;11. 结束否则如果12. Else If（currentChannel.QoSLevel（）QoSThreshold）13.currentChannel performHanover （ vacantChannelList[ ]）; //设置第一个具有更好QoS的可用信道14. End Else IfEnd4. 实验结果作为概念验证，SPU传输模型被转化为工具。该模型使用Java编程语言实现，并基于第3.4节中描述的算法。利用合成数据对算法进行了验证，并对传输过程中的各种重要参数进行了测试。该模型被执行多次（通常约1000次），并使用标准值
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