19929

۱۹۹۲۹

روش چندپنجره اي مشاركتي براي سنجش طيف در شبكه هاي حسگر بي سيم شناختگر

دكتري

مخابرات سيستم

۱۳۹۷/۰۷/۲۴

پروفسور وحيد طباطباوكيلي

برق

چكيده امروزه رشد سريع شبكه¬هاي حسگر بي¬سيم در كاربردهاي مختلف تجاري و نظامي، توجه محققان را براي بهبود كارايي اين شبكه¬ها از طريق تلفيق آنها با فن¬آوريهاي مختلف به خود معطوف داشته است. يكي از مهمترين شاخه¬هاي بهبود و توسعه¬ در شبكه¬هاي حسگر بي¬سيم كه به عنوان نسل بعدي اين شبكه¬ها در نظر گرفته مي¬شود، شبكه حسگر بي¬سيم شناختگر (C-WSN) مي¬باشد. اين شبكه¬ها از تلفيق راديو شناختگر (CR) با شبكه¬هاي WSN و براساس دستيابي پويا و فرصت طلبانه به طيفهاي بلااستفاده فعاليت مي¬كنند. بنابراين در اختيار داشتن يك الگوريتم سنجش طيف مناسب و قابل پياده¬سازي روي گره¬هاي داراي محدوديت، به عنوان مسئله تحقيقاتي در شبكه¬هاي C-WSN، مطرح است. روش¬هاي مختلفي براي سنجش طيف در اين شبكه¬ها با تكيه بر ساده بودن و عموما برپايه آشكارساز انرژي پيشنهاد شده¬اند. اين رساله با نقد اين موضوع، صرفا ساده بودن روش را كافي ندانسته و استفاده از روش¬هاي ساده ولي با كارايي پايين را، باعث اتلاف منابع گره¬هاي حسگر دانسته است. بنابراين ضمن ارائه تعريفي جديد از مسئله سنجش طيف در شبكه¬هاي C-WSN، به طراحي مدلي تحت عنوان مدل سنجش طيف متحدانه براي اين شبكه¬ها بجاي مدل سنجش طيف مشاركتي در شبكه¬هاي CR و همچنين ارائه روشي براي سنجش طيف با كارايي بالا براساس اين مدل پرداخته است. همچنين از آنجا كه مجموعه معيارهاي موجود در شبكه¬هاي CR، براي تشخيص اينكه چه روش سنجش طيفي براي يك شبكه با منابع محدود مناسب است، كافي نمي¬باشند، با پيشنهاد و افزودن معيارهايي جديد تحت عنوان معيارهاي امكان¬پذيري به معيارهاي كارايي موجود، كرانهاي متناظر با اين معيارها و روش ارزيابي، بررسي كمّي¬ روش¬هاي سنجش طيف در شبكه¬هاي C-WSNنيز امكان¬پذير شده است. در نهايت براساس معيارها و روش ارزيابي پيشنهادي در رساله، مشاهده مي¬شود كه روش سنجش طيف چندپنجره¬اي متحدانه كه ارائه كرده¬ايم، در شرائط تخصيص ۱ تا ۱۰ درصد حافظه گره به الگوريتم سنجش طيف، بترتيب در ۳۰ تا ۸۰ درصد گره¬هاي حسگر بي¬سيم رايج قابل پياده¬سازي است كه در مقايسه با الگوريتم ساده و با كارايي پايين آشكارساز انرژي با ۲۰ تا ۷۰ درصد امكان پياده¬سازي، حداقل ۱۰ درصد بهتر خواهد بود. ضمنا اين روش با فرض احتمال آشكارسازي PD > %90 تقريبا 14 دسيبل در نسبت سيگنال به نويز لازم براي آشكارسازي، نسبت به روش آشكارساز انرژي صرفه¬جويي كرده و كارايي بالايي خواهد داشت.

1397/10/25

Cooperative Multitaper Method for Spectrum Sensing in Cognitive Wireless Sensor Networks

1/15/2019 12:00:00 AM

Abstract: Nowadays, growing interest in civilian and military applications of Wireless Sensor Networks (WSNs) has resulted in focusing of many researchers for improving performance of these networks via annexing with some other technologies. For an example, Cognitive WSN (C-WSN) as the next generation of WSNs opportunistically utilizes unused spectrum based on Cognitive radio (CR) method. Therefore, applicable high performance spectrum sensing is an important open problem in C-WSNs. Many references proposed methods based on simple low performance Energy Detector (ED) as the suitable method for spectrum sensing in C-WSNs, whereas we believe such low performance method wastes the precious resources of sensor nodes. Therefore, we re-described the exact problem of spectrum sensing in C-WSNs and proposed united spectrum sensing model against the conventional cooperative spectrum sensing in CR networks for achieving high performance spectrum sensing in cognitive WSNs. Since, there are no appropriate criteria to compare proposed algorithms or investigate whether or not an algorithm is suitable for a constraint resource network such as C-WSNs, we proposed an appropriate set of criteria, related boundaries and a comparative method for evaluating algorithms in C-WSNs. Finally, we proposed and evaluated United Multi Taper Method (UMTM) as a high performance spectrum sensing in C-WSN. The method is applicable on 30 – 80% of conventional WSN nodes against ED with 20 – 70% applicability, if we dedicate 1 – 10% of node's total memory for spectrum sensing algorithm. Also, UMTM saves SNR about 14 dB for PD > 90%, versus ED spectrum sensing method.