认知无线电中多节点协作频谱感知及其融合算法

介绍了旨在提高频谱利用效率的认知无线电及其频谱感知技术．针对无线变参信道环境下单节点检测的局限性,就本地感知判决和量化、协作通信机制和感知信息融合算法三个方面着重分析了基于能量检测和协作的多节点感知技术,并追踪分析了算法研究的发展动向．     

基于认知无线电的频谱检测算法

认知无线电技术能够解决当前无线频谱资源匮乏而频谱利用率却非常低这一矛盾。无线频谱检测是认知无线电的关键技术。文章对匹配滤波检测、能量检测等单节点频谱检测方法进行了研究,并通过仿真对比分析了各检测算法的检测性能。在此基础上引入了合作检测方法,通过与单节点检测算法的对比仿真得出合作检测方式在性能上的优势。     

基于认知无线电的 MANET网络中虚拟骨干网的建立

将认知无线电技术融入MANET网络,利用认知节点的频谱感知功能,实施基于动态信息的簇首和网关选择.以簇首为锚点,通过选择受主用户影响较小的网关节点寻求连通支配集,建立虚拟骨干网.由此生成的虚拟骨干网以簇首为接入点,簇首间的网关承担簇间连接功能.基于权值比较,通过对主用户的位置感知,划分认知节点的空间分布区域并赋以不同的权值设计,实现对网络的分区处理,一方面维持运动中的分簇相对稳定,另一方面减少干扰链路存在的概率.最后通过仿真分析进行了算法的有效性验证.     

农业物联网中基于遗传算法的并行合作频谱感知

将认知无线电技术引入农业物联网中以解决其无线频谱资源紧缺的问题,针对农业物联网中多种传感器、终端及网关对不同异构信道的特殊需求,提出一种基于遗传算法的并行合作频谱感知方法。该方法能够克服现有方法中无法同时感知多个异构信道及在感知中没有考虑吞吐量和感知时长的不足,通过遗传算法最优地选取感知节点、分配感知任务以及设定感知时长,达到使系统有效吞吐量最大的目的。仿真结果表明,该方法相比随机感知方法,能够获得更大的系统有效吞吐量。     

基于压缩感知的农情监测节点稀疏采样决策方法

将压缩感知应用于农情监测节点的稀疏采样,能够有效减少数据冗余和能耗,而如何甄选测量矩阵、稀疏基和重构算法,是实现节点稀疏采样和数据收集质量控制的关键。系统分析了基于压缩感知的单节点稀疏采样与重构方法,设计了基于压缩感知的农情监测节点稀疏采样决策系统功能架构,阐述了Python语言环境下系统的实现技术与效果。系统初步应用表明,对于30d连续监测、采样间隔为15min的花卉植株茎流、土壤湿度数据的压缩感知,宜选择固定采样率,测量矩阵、稀疏基、重构算法分别选取周期测量矩阵、差分矩阵和SL0算法,每2～10d重构一次数据可实现数据恢复代价与精度的良好折衷。     

改进FFT和小波变换在电力系统谐波检测中的应用研究

傅里叶变换和小波变换技术被广泛应用在信号处理中。傅里叶变换由于频谱泄漏和栅栏效应等问题影响信号检测精度,而小波变换具有多分辨率分析的特点。设计了基于动态频率加窗插值的 FFT算法,实现对频谱泄漏和栅栏效应有效抑制;基于小波变换具有多分辨率分析的特点,设计了一种可变时频窗结构,实现了信号的实时检测。通过仿真分析对比,给出了合理的谐波检测技术。     

CR 网络中基于最优阈值选取的攻击感知算法

由于认知无线电(Cognitive Radio,CR)网络允许多个未知无线设备接入频谱,使其存在模仿主用户攻击(Primary User Emulation Attack,PUEA)的安全隐患,为此,提出一种具有攻击感知能力的协作感知方案.首先,在授权主用户信号频谱资源处于占用和空闲这2种情况下,估计PUEA伪信号出现的概率;然后,利用得到的估计参数确定最小化总误差概率的最优阈值;最后,融合中心通过感知报告与阈值来判断主用户信号是否存在,以达到感知模仿主用户攻击的能力.仿真试验结果表明:与最优用户选择(Optimal User Selection,OUS)方法相比,提出的方法在应对主用户仿真攻击时具有更好的安全性能,提高了CR网络的安全效能.     

基于能效的动态分簇目标跟踪算法

由于传感器节点携带的电量受限,在目标跟踪的过程中,往往会因为电量耗尽而失效.为了降低节点的能耗,延长网络寿命,提出了一种基于能效的动态簇目标跟踪算法,能够随着目标的移动,快速地生成最优的跟踪簇,并根据感知信号的质量评价模型,提出了一种新的簇头竞选机制和节点上报数据的筛选机制,有效地减少了节点的通信总量,降低了能耗.仿真结果表明,该算法与传统的目标跟踪算法相比,具有更高的能效.     

Sybil攻击防范算法研究

针对无线传感器网络 Sybil攻击的安全性威胁问题，分析了其攻击原理和现有的防范算法.提出了一种分散式防范算法，分别采用测量一致性、测量与计算一致性2种方法对攻击节点进行检测.该算法改变了传统集中式防范算法的思路，并能滤除攻击生成的虚节点.仿真和实验结果表明，该算法对Sybil攻击有很强的针对性，能达到99%的虚节点滤除率，并且有很好的鲁棒性.     

适应观测场景变化的传感器网络休眠调度算法

针对传感器网络用于数字航道观测时从区域观测到目标跟踪转变的情形,提出一种适应观测场景变化的休眠调度算法.与已有的只考虑区域观测的休眠调度算法不同的是,提出的算法能够让节点感知目标的出现并且自适应地转换状态.仿真结果表明,适应场景变化的休眠调度算法能够在观测场景发生变化时,让更多的冗余节点休眠,从而延长了网络生命周期.