国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志
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A.Prabhakaran1和A.Manikandan2
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| 有关文章载于Pubmed，谷歌学者 |
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认知无线电(CR)是一种自动检测无线频谱中可用信道并相应地改变其传输或接收参数的收发器。本文提出了一种满足CR网络节能和频谱感知通信要求的算法。它使每个节点能够确定和调节其传输策略，以在不牺牲端到端延迟性能的情况下提供最小的能量消耗，并最大限度地提高整体频谱利用率。频谱感知是CR网络中需要考虑的重要参数之一。因此，频谱感知的安全问题应该得到很好的解决。采用可信算法，提高了cr网络中频谱感知的可信度。使用Network Simulator-2实现。
关键字 |
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| 认知无线电，频谱感知，有效通信，系统安全。 | ||||||
介绍 |
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| 认知无线电(CR)自组织网络的主要目标之一是在不干扰主用户网络的情况下促进频谱资源的有效利用。CR-Network允许间歇性连接的移动未许可节点利用临时可用的联系人和空闲的许可通道进行端到端消息传递。雷竞技网页版认知无线电(CR)是实现动态频谱接入(DSA)的一项关键技术，DSA使无许可证用户(或二级用户)能够自适应地调整其运行参数，以机会主义的方式利用有许可证用户(或初级用户)未使用的频谱。然而，CR-Networks的实现也带来了必须解决的关键研究挑战。特别是，由于不同的节点移动性和频谱可用性模式，CR-Networks经常被划分为不可预测的分区。这些分区本质上是间歇性连接的，缺乏完整的端到端路径。因此，频谱感知泛洪(SAF)更适用于CR-Networks。在SAF中，消息首先使用可用通道复制到一组路径节点。然后，这些路径节点中的一个将消息传递到它遇到的目的地。显然，如果尝试将消息复制到没有该消息的所有路径，则可以将端到端消息延迟降到最低。但是这种转发策略能耗低，可能会对主用户系统造成严重干扰。 Hence, it is necessary to decide which path nodes and licensed channels should be used to mitigate the energy consumption and high interference for an efficient communication in CR-Networks. | ||||||
| 本文提出了CR节点间的高效通信和频谱利用率。其次是频谱感知的安全问题，以确保可靠性。它使用两种选择方案，即节点选择方案(NSS)和信道选择方案(CSS)。NSS的目的是允许每个节点在检查其传输工作量的同时，检查其将消息复制到中继的增益。使用NSS，每个节点决定应该使用哪些路径，以便在不牺牲端到端延迟性能的情况下提供最小的能量消耗。基于CSS，每个节点决定并切换到许可的信道，以最大限度地利用频谱，同时将干扰保持在最低水平。这最终使CR-Networks节点能够确定CR-Networks中有效通信的最优路径节点和信道。CR技术允许次要用户(SUs)在时间和位置变化的无线电环境中寻找和利用“频谱洞”，而不会对主要用户(pu)造成有害干扰。这种对频谱的机会性使用导致了对各种可用频谱的新挑战。采用可信算法，提高了cr网络中频谱感知的可信度。 | ||||||
系统模型和假设 |
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| 它考虑了一个具有N个移动无许可节点的网络，这些节点根据一些随机迁移模型在一个环境中移动。并假设整个频谱被划分为M个不重叠且带宽不同的正交信道。对每个许可频道的访问由固定的持续时间插槽进行管理。插槽计时假定由主系统广播。每个发送节点(即带有该消息的节点)在发送其消息之前，首先选择一个路径节点和一个信道来复制该消息。路径和信道选择完成后，发射节点与路径节点协商握手，并将所选信道频率声明给路径。假设这种协调所需的通信由一个固定长度的跳频序列(FHS)完成，该序列由K个不同的许可信道组成。在每个时隙中，每个节点按照给定的顺序连续跳上FHS，发送和接收一个协调包。由带有消息的节点生成的协调包的目的是将为消息复制而决定的信道通知其路径。 | ||||||
| 此外，假设协调包足够小，可以在插槽持续时间内传输。FHS提供了一个分集，而不是一个通用的控制信道，以便能够找到一个可用来传输和接收协调包的空闲信道。如果FHS的一跳(即信道)被主系统使用，则可以尝试使用FHS的其他跳进行协调。这可以允许节点使用K个通道相互协调，而不是单一的控制通道。只要任意两个节点在它们的通信半径内，就假定它们彼此相遇，并将它们称为被联系节点。雷竞技网页版为了宣布它的存在，每个节点使用FHS定期向其联系人广播信标消息。雷竞技网页版当FHS的一跳(即信道)为空时，假定每个节点从其通信半径内的联系人接收信标消息。雷竞技网页版 | ||||||
高效的沟通 |
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| 在该方案中，每个具有消息的节点都会搜索可能的路径节点来复制其消息。因此，考虑节点的可能路径节点。使用NSS，每个具有消息的节点都会选择其路径节点，以提供足够的端到端延迟，同时检查其传输工作。在这里，它派生出CSS度量，以允许CRNetworks节点决定应该使用哪些许可通道。CSS的目标是在对主系统干扰最小的情况下最大限度地利用频谱。假设有M个具有不同带宽值的许可通道，y表示通道c的带宽。每个CR-Networks节点也假设周期性地感知M个许可通道的集合。Mi为包含节点i周期性感知的许可通道id的集合，假设每个槽位的通道c由节点i周期性感知，并且通道c在称为通道空闲持续时间x的时间间隔内处于空闲状态。这里用信道带宽y与信道空闲时间x的乘积tc = xy作为度量来检验信道空闲。此外，假设主用户感知失败导致主用户与CR-Networks节点之间的传输冲突。 | ||||||
安全 |
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| 频谱感知:检测未使用的频谱并进行共享，不会对其他用户造成有害干扰;感知空频谱是认知无线电网络的一个重要要求。检测主用户是检测空频谱最有效的方法。光谱传感技术可分为三类: | ||||||
| 发射机检测:认知无线电必须有能力确定来自主发射机的信号是否在某个频谱中局部存在。有几种建议的发射机检测方法: | ||||||
| 1.合作检测:是指将来自多个认知无线电用户的信息合并到主用户检测中的频谱感知方法。 | ||||||
| 2.Interference-based检测。 | ||||||
| 由于主用户网络不需要为频谱共享而改变其基础设施，因此作为次要用户的CRs将通过持续的频谱感知来检测主用户的存在。CRs的频谱传感可以单独进行，也可以合作进行。近年来，协同频谱感知的有效性受到了广泛的关注。与非合作方法相比，合作频谱传感具有许多优点。然而，由于pu外观的随机性，实现快速平滑的频谱转换极其困难，导致对pu的干扰有限，SUs的性能下降。本地收集和交换的频谱感知信息用于构建影响CR行为的感知环境。这为恶意攻击者提供了机会。在合作频谱感知中，一组二级用户通过协作交换本地收集的信息来执行频谱感知。恶意的次要用户可能利用合作频谱感知，通过向其他用户发送虚假的本地频谱感知结果来发起攻击，从而导致错误的频谱感知决策。CRs中的两种已知安全威胁是自私主用户仿真(SPUE)和恶意主用户仿真(MPUE)攻击。 These types of attacks emulate signals with the characteristics of incumbent primary users to fool other secondary users. | ||||||
| SPUE:在这种攻击中，攻击者的目标是最大化自己的频谱使用。当自私的攻击者检测到一个空闲的频谱波段时，他们通过发送模仿主用户信号的信号特征的信号来阻止其他次要用户争夺该波段。这种攻击主要是由两个自私的次要用户执行的。 | ||||||
| MPUE:在这种攻击中，目标是阻碍SUs的DSA进程，即阻止SUs检测和使用空闲的许可频谱，导致拒绝服务。 | ||||||
| 通过Trust-Worthy算法为SUs定义阈值来克服PUE攻击。它使CRNetworks节点能够有效地利用可用的频谱信道。节点可以很容易地找到各种许可通道机会，而不会干扰主系统。这表明它有可能将各种网络条件转化为性能改进。 | ||||||
结果与讨论 |
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| 在图1中，它显示了接收数据包的时间与吞吐量的关系图。吞吐量是通过通信通道成功传递消息的平均速率。 | ||||||
| 在图2中，它显示了接收位的吞吐量与最大端到端延迟的关系图。端到端延迟是指包从源到目的地所花费的时间。 | ||||||
| 在图3中，发送比特的吞吐量Vs最大模拟抖动。抖动是假定周期信号与真实周期性的不期望的偏差。抖动周期是信号特征的两个最大效应(或最小效应)之间的间隔，随时间有规律地变化。 | ||||||
结论 |
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| 因此，它允许每个有消息的节点通过优化其传输工作量来决定是否将消息复制到路径节点，以提供足够级别的消息延迟。使用信道选择方案可提供频谱利用率，同时最大限度地减少对主系统的干扰水平。采用可信算法，提高了cr网络中频谱感知的可信度。它使网络节点能够根据动态变化的网络环境自适应地调整通信策略。 | ||||||
数字一览 |
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参考文献 |
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