[发明专利]一种认知无线传感器网络跨层协议设计方法

摘要

本发明提出了一种认知无线传感器网络跨层协议设计方法。本设计以合理进行资源分配、提高服务质量、节约能耗为目的，从跨层的方式出发，在网络的更高层做出规划，帮助路由、资源分配以及调度做出更好的决策,节点获取当前网络的状态以后，MAC层会自动改变节点的睡眠时间；在获取网络和链路状态后，物理层可以通过改变发送速率、发送能耗和编码方式来适应对应用的需求。同时可以实现逻辑上并不相邻的协议层次间的设计互动与性能平衡，支持网络能量管理的优化，提高网络的实用性和可行性，能够通过层间的交互，满足网络的应用的高吞吐量、低延迟等要求，达到优化全网性能的目标。

主权项

一种认知无线传感器网络跨层协议设计方法, 其特征在于利用认知模块对跨层实施管理，通过其间的认知控制器进行信息和数据的交换，协调每一层的认知主体，建立网络信息的共享和优化，具体内容如下：1）单独的层仍独立做出决策，每层的认知主体收集有关信息和控制参数，认知主体作为一个本地传感器、控制器和特定层的执行者；2）认知无线传感器网络频谱管理架构采用认知循环，进行动态的频谱感知、频谱决策和频谱共享；3）跨层架构包括：新接口的创建；合并相邻层；设计没有新接口的耦合；跨层垂直校准；4）物理层采用跨层自适应码位置调制ACPM计划，定义数据包调度层，通过数据包调度层算延迟和丢包率；5）MAC层采用多址接入的载波侦听碰撞CSMA/CA技术，计算传感器工作周期包括：休眠、侦听和传输时间，以确定事件被检测的可靠性，按照封包遗失的几率、物理层测量和数据包碰撞的概率分组阻塞率和服务时间的概率分布计算MAC层；6）对于无线传感器网络，采用基于优先级的拥塞控制跨层协议PCCP，以减少网络层的拥塞；7）应用层采用数据融合或称数据聚集技术来减少测量误差，利用传感器的信道状态信息CSI来安排到传感器传输体验更多渠道，或利用这些信息来衡量一个传感器进行数据融合的可靠性；具体设计步骤如下：首先利用认知模块对跨层实施管理，通过其间的认知控制器进行信息和数据的交换，协调每一层的认知主体，建立网络信息的共享和优化；认知无线电网络架构被分为两个主要部分：主网和CR网络，主网是指现有的网络，主要的用户PUs有一个执行许可去运行特定的频段，如果主网有一个基础的支持，Pus的操作被主机站控制，由于它们具有频谱接入的优先权，Pus不会被没有授权的用户所影响，CR网络或者是没有在特定频段运行许可的第二网络，因此，CR用户或者是没有在特定频段运行许可的第二用户需要额外的功能来分享许可的频段，此外，CR用户具有移动性，能够互相之间以多跳方式在授权或者未授权频段交流， CR网络作为独立网络，不具备与主网络直接沟通的渠道，因此，每个CR网络的行为取决于当时的条件；为了适应动态的频谱环境，就必须进行CRAHNs的频谱感知操作，形成一种认知循环，认知周期具有四个频谱管理功能：频谱感知、频谱决策、频谱共享、频谱的移动性，为了实现CRAHNs，每个功能都必须融入传统的分层，同时，建立认知无线传感器网络需要考虑以下几层：应用层APP，网络层NWK或者NET，媒体接入控制MAC和物理层PHY，跨层协议可用来控制拥塞和终端对终端的通信传输层的功能，在应用层的服务质量可以获知MAC层，以达到更好的调度程序来运行应用，信道状态信息CSI可以到网络层从而路由协议可以避免包括环的状态的路径。