分簇无线传感器网络中跨层频谱感知方法的研究

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1、单位代码：10293密级：公开硕士学位论文论文题目：分簇无线传感器网络中跨层频谱感知方法的研究学号1010010412姓名杨耘悦导师杨震教授学科专业信号与信息处理研究方向无线通信与信号处理技术申请学位类别工学硕士论文提交日期2013年2月Researchoncross-layerspectrumsensingmethodinclusteredwirelesssensornetworksThesisSubmittedtoNanjingUniversityofPostsandTelecommunicationsfortheDeg

2、reeofMasterofEngineeringByYangYunyueSupervisor:Prof.YangZhenFebruary2013南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意

3、承担一切相关的法律责任。研究生签名：_____________日期：____________南京邮电大学学位论文使用授权声明本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档；允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索；可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。论文的公布（包括刊登）授权南京邮电大学研究生院办理。涉密学位论文在解密后适用本授权书。研究生签名：____________导师签名：___________

4、_日期：_____________摘要WSN应用极其广泛，发展迅速，在越来越受到关注的同时，其节点能量受限问题以及频谱匮乏问题日益突出。针对以上问题，本文将认知无线电技术引入WSN，研究WSN中的频谱感知技术，提高频谱使用效率。首先，本文通过对几种典型的网络拓扑控制算法的分析比较，选择了LEACH协议的改进协议做为本课题研究的基础，并将其应用在本文WSN中，对网络中的节点进行分簇，由簇首选择簇内成员节点进行频谱感知。接着，本文在应用LEACH改进协议对网络节点进行分簇的基础上，对WSN的MAC层和物理层进行跨层设计，提出跨层

5、的频谱感知模型，在物理层选择感知节点进行频谱感知时合理避让已经接入信道正处在其数据传输时隙中的节点，保证簇内节点的频谱感知任务与簇内节点的原任务（如对周围环境的监测任务等）互不影响，并通过选择簇内能量最大的节点对主用户频段进行双门限频谱检测，降低节点的感知能耗的同时使得簇内节点能耗均衡。然后，为了进一步提高频谱感知性能，本文在应用单节点进行频谱感知的基础之上将协作频谱感知技术引入WSN，结合簇内节点能耗均衡问题，通过选择合适的成员节点进行协作频谱感知延长网络生命周期。最后，本文结合以上的频谱感知方案，对LEACH协议中的数据

6、传输方法进行改进，采用时分与频分复用相结合的模式，让成员节点在各自时隙通过使用包括感知到的主用户空闲频段在内的双频段进行数据传输，节能的同时有效避免了节点间的数据传输冲突，并且减小了簇内成员节点与簇首节点间通信的等待时延，提高了通信的实时性。实验结果表明，本文提出的跨层频谱感知方法在保证系统的频谱检测性能的同时，节约了节点的能耗，并使得网络中节点能耗均衡。通过在分簇WSN簇内使用双频段通信的数据传输方法，提高了数据通信的实时性，从而缓解了无线传感器网络中频谱资源紧张的问题。关键词:无线传感器网络，跨层，分簇协议，频谱感知，节

7、能，生命周期IAbstractWiththerapiddevelopment,wirelesssensornetworksaregettingmoreandmoreattention.Meanwhile,itslimitednodeenergyissuesandspectrumscarcityproblemshavebecomeincreasinglyprominentArmingtothisproblem,thispaperintroducesthecognitiveradiotechnologyintowirelesss

8、ensornetworks,andfocusesonspectrumsensingtechnology.Firstly,bycomparisonofseveraltypicalroutingprotocols,thispaperchoosesimprovedLEACHprotocolast