認知無線電傳感器網絡CSMA協議中主用戶和次用戶的性能分析

劉瑩，鄭黎，黎遠松

（1.四川工程職業技術學院電氣信息工程系，四川 德陽 618000；2.四川理工學院計算機學院，四川 自貢 643000）

認知無線電傳感器網絡CSMA協議中主用戶和次用戶的性能分析

劉瑩1，鄭黎1，黎遠松2

（1.四川工程職業技術學院電氣信息工程系，四川 德陽 618000；2.四川理工學院計算機學院，四川 自貢 643000）

針對認知無線電傳感器網絡（CRSN）中物理 層特性高度可變帶來的性能不確定性，在 CRSN 中 定義了兩種基礎性能指標（帶寬和時延），并分析了基于載波偵聽多路訪問（CSMA）的介質訪問控制協議的性能。 首先，在給定的主用戶（PU）業務模型 下 利用 CSMA 算 法 估 計單個次 級 用戶（SU）的 潛 在帶寬；然后，推導在 不 同業務信道同時傳輸多個 SU 的聚合帶寬；最后，利用優先級隊列模型 M／G／C 估計介質訪問中的時延。 性能分析表明，通過使用分布式信道協作結合 CSMA 的并發傳輸，聚合帶寬可增加 5 倍，利用不同業務信道同時 傳輸明顯降低了分組時延。

認知無線電；傳感器網絡；帶寬估計；時延估計；主用戶；次用戶

1 引言

CRSN （cognitive radio sensor network）［1］是 認 知 無 線 電與 傳 感 器 網 絡 的 結 合 ， 相 比 無 線 傳 感 器 網 絡 （wireless sensor network，WSN），CRSN 不 僅 可 以 提 高 網 絡 資 源 的 利用效率，提供無線電通信兼容性和自適應于無線網絡資源的動態變化，更能適應復雜電磁環境下通信資源和通信手段的限制與反限制、攻擊與保護等。因此，CRSN 已得到各界的關注。

由于 CRSN 缺乏專用頻段，總 是 可 以動態感 知 頻譜的訪問，因此必須阻止次級用戶以確保較好的網絡性能。由于連續變化的物理層特性和疊置協議的性能依賴帶寬和時 延［2］，因 此 估 計 認 知 無 線 電 用 戶 的 性 能 具 有 重 要 的 意 義 。若傳輸或路由層的流準入控制允許帶寬自發增加的流，服務 質 量 （quality of service，QoS）可 能 會 急 劇 惡 化 ，因 此 提 供SU 吞吐量和時延的估計是不可或缺的，使其長時間維持通信 協 議 的 性 能［3］，并 逐 漸 減 輕 動 態 頻 譜 訪 問 的 缺 陷 。

本 文 在 給 定 主 用 戶 （primary user，PU）業 務 模 型 下 的 帶寬和時延指標方面執行了次級用戶（secondary user，SU）的性能分析，并研究其與各種因素的關系。采用了基于載波偵聽多 路 訪 問 （carrier sense multiple access，CSMA）的 介 質 訪 問 控制（media access control，MAC）協議，使用專用控制信道來協商 SU 發送方與接收方之間的業務信道利用情況。SU 可利用認知無線電同時訪問公共干擾區域中不同的業務信道，得到兩種性能指標。其中，PU 屬 于一個高優先級 隊列，而SU 組成一個低優先級隊列，通過服務器或信道服務隊列，即僅當隊列中 PU 數目少于信道數目時，服務低優先級隊列。盡管 SU 的 帶寬有 限 ，通 過將 分 布 式 協 作 并 入 CSMA 方 案 ，SU 可 以并發傳輸，聚合吞吐量可增加 5 倍，時延顯著降低。

許 多 參 考 文 獻 對 時 延［4］和 吞 吐 量［5］估 計 方 面 的 性 能 進行了分析，但很少關注通過公共控制信道運行的認知無線電 性 能 分 析［6］。例 如 ，參 考 文 獻 ［7］將 PU 和 SU 建 模 為 優 先級隊列，給 定 PU 最高 優先 級，并提 出 了 基 于 CSMA 的自組 織 網 絡 介 質 訪 問 控 制 協 議 性 能 的 分 析 方 案［8］，但 該 方 案沒有在 CRSN 中結合動態信道訪問。參考文獻［9］提出了一種 包 含 一 個 主 用 戶 和 多 個 次 級 用 戶 的 M／G／1 系 統 ，在 以 業務和信道條件為函數的時間段內分析單信道或服務器上的時延和吞吐量，基于該分析，次級終端可視作時延終端，利 用 放 大 和 轉 發 時 分 多 址 （time division multiple address，TDMA）協議輔助主通信，該分析不能應用于節點易受許多PU 干擾的 CRSN，且 TDMA 很難在 CRSN 中實現 。參考文獻 ［10］研 究 了 SU 的 數 據 分 組 時 延 ，分 析 了 比 SU 優 先 級 更高 的 隊 列 。參 考 文 獻［11］通 過 頻 譜 感 知 和 重 傳 進 行 性 能 分析，利用隨機網絡演算在各種重傳方案下分析主用戶和次級用戶的性能分布邊界，然后基于隨機網絡演算進行性能分析，獲得了積存和時延邊界的表達式。這些研究基于任意給定時間僅服務單一隊列的現象，忽略了公共干擾區域中 同 時 訪 問 多 信 道 的 潛 力 。參 考 文 獻［12］使 用 流 隊 列 理 論研究了 SU 的時延，分 析了 SU 的穩定狀 態 隊 列長度 及 基于 SU 的兩個認知無線電接口，但由于節點的大小和成本問題，無法應用于 CRSN。

在次級用戶吞吐量分析性能方面，一些介質訪問控制算法按照它們的設計方法分析吞吐量。例如，參考文獻［13］通過一個活躍用戶限制帶寬，且同時實現多空閑信道的可用性，以獲得認知無線電用戶的潛在帶寬。基于功率和速率 自 適 應 CSMA 的 協 議［14］分 析 了 潛 在 帶 寬 ，可 同 時 與 PU通信，然而信道同時訪問的探索不能用于聚合帶寬。參考文 獻 ［15］分 析 了 SU 性 能 ，將 信 道 建 模 為 搶 占 式 隊 列 服 務器，允許 PU 從 SU 搶占信道，但只研究了 時延，未 研究 帶寬。基于上述分析，現有的方案不能以更嚴格的方式提供SU 性能分析，無法促進高層協議的運行。因此，本文在帶寬和時延方面執行了次級用戶的性能分析。

2 系統建模

本節描述了用于分析性能的認知無線電網絡的基本假設，與 SU 不同，PU 是頻譜的多特權 用戶。 SU 節點動態感知頻 譜 信道，并將頻 譜 信 道切換 至 與 PU 通 信的空 閑 信道。SU 節點使用一個專門的公共控制信道協商潛在控制信道的利用情況，誘導公共控制信道的競爭，從而協調數據 信 道 。這 點 與 IEEE 820.11 MAC 中 數 據 通 信 共 享 介 質 不同，否則 SU 將不知道它們鄰居利用當前信道的情況。

2.1 網絡模型

假設傳輸半徑為 r m 的網絡中部署了 N 個 SU，在 A m2區域內，由 N／A 獲 得節點密度 ρ，且 節 點 配 備 有 1 個 單 一 的 接口組件，按機會切換訪問C個業務信道和1個公共控制信道，除了 SU，還有 M 個 PU，如圖 1 所示。 可認為認知無線電網 絡均勻 ，其 活 躍 度 呈 指 數 分 布 ，on 狀 態 持 續 τons，off狀 態持 續 τoffs，平 均 到 達 率 為 λp。因 為 每 個 PU 獨 立 到 達 ，每 次 轉換 遵 循 泊 松 分 布 ，因 此 ，on 和 off周 期 呈 指 數 分 布［16］。 本 文 還假 設 PU 的 信 道 不 飽 和 ，使 得 Mτon＜C（τon+τoff）。

圖1 認知無線電網絡中的集中協作頻譜檢測

令 SU 為到達率為 λs的泊松分布，假設 SU 的傳輸方 式為非搶占式，由于無線收發器不能同時發送和接收，即 SU在釋放信道之前完成傳輸。因此，可能會對 PU 產生干擾或延遲 PU 的 傳 輸 。可 以 通 過 合 適 的 SU 傳 輸 功 率 進 行 控 制［8］。

2.2 基于 CSMA 的 MAC 協議

假設 SU 用 CSMA 進 行 介 質訪問 ，并 用 于評 估 CRSN中 MAC 地 址 的 性 能 。 基 于 CSMA 的 MAC 協 議 是 IEEE 802.11 MAC 的 自 定 義 版 本 ， 該 MAC 用 于 解 決 SU 之 間 業務協商的公共控制信道上的競爭。節點試圖發送一個數據分組，首先在信道列表中選擇一個空閑信道，并初始化其頻譜感知過程。找到空閑信道后，停止感知并將結果報告給介質訪問算法。假設平均感知周期為，用于尋找空閑信 道［7］。MAC 算 法 如 下 所 示 ：

· 傳輸數據的節點 ni在物理層初始化頻譜感知算法，并確定在較低噪聲或較高空閑率時C個信道之間最適合的業務信道；

· 轉向公共控制信道并感知載波，若載波忙則運行指數退避算法，等待隨機退避周期；

· 若 ni找到空閑信道，則等待分布式幀間間隔周期，并發送包含空閑信道 hi的業務信道請求信標；

· 節點 nj接 收 C-RTS 信 標 ，并在空 閑信 道 列 表 中 尋找可用的 hi或進行頻譜感知，確定其狀態，這可能花費

· 若 nj找 不 到 空 閑 信 道 hi，則 報 告 自 己 優 選 的 信 道 hj；

· hj等 待 短 幀 間 間 隔 （SIFS）或后 ，每 當 最 大 值 是max（SIFS）時 ，發 送 CCTS 信 標 到 ni，以 獲 知 信 道 hi的 可 用 性 并 轉 向 hi；

· 當 hi接 收 到 CCTS 并 找 到 通 知 的 信 道 hi時 ，若 hi=hj，則轉向 hi，否則為 hj初始化頻譜感知并重復該過程；

· 兩 個 節 點 均 轉 向 協 商 的 業 務 信 道 hi，由 ni進 行 數 據傳輸 ，若感知 到信號空閑，ni等待 DIFS 周 期并發送Tf周 期 的 data 幀 ；否 則 轉 向 公 共 控 制 信 道 ，在 另 一信道重復該過程；

· nj接 收 幀 ，等 待 SIFS 周 期 ，發 送 D-ACK 消 息 ，轉 向公共信道；

· 任意 接近 ni的節點監聽 C-RTS，不利用請求信標中學 習 到 的 信 道 hi，類 似 地 監 聽 C-CTS 的 節 點 ， 在 它們 的 下 一 幀 傳 輸 中 不 訪 問 信 道 hj。

因此，一對 SU 通過公共控制信道協商業務信道后，切換到允許其他競爭者初始化協商的業務信道，并在業務信道上參與傳輸。因此，允許 SU 同時訪問空閑信道，使它們有機會增加聚合帶寬。

3 基于 CSMA 的 MAC 協議性能分析方案

本文側重于 研究 CRSN 中的 帶寬和 時 延 ，并 利用基于CSMA 的 MAC 協議分析 其 性 能。對 于 帶 寬估計，推 導 PU業務模型可實 現的帶寬與 SU 密度以外 PU 密 度 之間的關系，運用優先級隊列分析介質訪問中的時延，分配給 PU的優先級更高，并將其分配到更高優先級的隊列。

3.1 帶寬分析

基于第 2.2 節描 述 的 CSMA 算法 執 行 帶寬估計 ，首 先評估單個 SU 的潛在帶寬，然后推導在不同業務信道同時傳輸多個 SU 的聚合帶寬，給定 PU 業 務模 型 ，處 于占用狀態信道的概率為：

隨著 PU 總數的增加，活躍狀態的概率依次增加。活躍狀態的概率隨著信道數目的增加而減少，因此有：

類 似 地 ，處 于 空 閑 狀 態 的 信 道 的 概 率 為 Poff=1-Pon。令 T為 SU 發送最大幀時的傳輸周期。

SU 初始化傳輸時有兩種情況：

（1）PU 不活躍且判斷接收到的信號時沒有誤報，則在真實檢測到的空閑信道上可達到的數據速率為：

其中，Pf表示虛警率表示發生在公共控制信道上，發 送 器和 接 收 器 之 間 除 了 CSMA 開 銷 之 外 協 商 業 務 的平均 時 間 開 銷 ，且 PU 可 在 T 周 期 內 任 意 時 刻 到 達 ，因 此 ，產生的干擾在概率下 逐 漸 收 斂 于 （1-Poff）T ，其中，θ1是縮放因子。

（2）PU 活躍，但由于頻譜感 知 誤 差，SU 并 未 檢測到。錯 誤 感 知 空 閑 信 道 期 間 實 現 的 數 據 傳 輸 速 率 Rf（t）為 ：

Pf表示檢測率，整個幀周期內 PU 保持活躍的概率為

因此，t時刻任 意信道上可實現的數據傳輸速率 R（t）為 ：

可 實 現 的 總 速 率 為 Rs（t）和 Rf（t）的 總 和 。

接 著 計 算 業 務 信 道 協 商 及 CSMA MAC 中 執 行 傳 輸 需要的平均時間開銷，給定節點密度，彼此沖突范圍內節點數 Nc在 傳 輸 范 圍 r 內 為 ρ×πr2。因 此 ，CSMA 技 術 中 Nc個競 爭 節 點 第 k 次 成 功 傳 輸 的 概 率 ps（k）為［11］：

其中，Q 表示假設介質不可用之前允許的最大重傳次數，δ表示競爭時隙長度，因此，公共控制信道的平均協商時延為：

其 中 ，Trts和 Tcts分 別 為 RTS 和 CTS 幀 時 延 ， 表 示 SU在協商數據信道上開始數據傳輸之前平均花費

3.2 時延分析

通過優先級隊列系統分析 CRSN 中的時 延 ，在 這 個系統 里 ， 為 PU 設 置 高 優 先 級 隊 列 （high priority queue，HPQ），為 SU 設 置 低 優 先 級 隊 列 （low priority queue，LPQ）。假設系統中服務器的數目為可能信道的數目，使得任意服務器可服務任意隊列。圖 2 表示用于建模 CRSN 的優先級隊 列系統，數據 分 組 的等待時 間 包 括 3 部 分 ：隊 列 中 等待控制信道訪問花費的時間 Tq、采集和協商數據業務信道的信道競爭時間 Tn和業務信道上的平均服務時間 （傳輸時間）Td。對于 HPQ 和 LPQ，根 據 先 進 先 服 務 （first coming first service，FCFS）原則服務數據分組，但僅當 HPQ 中沒有數據分組時，LPQ 的數據分組開始傳輸。已知數據分組依據泊松分布到達，且 CSMA MAC 中數 據分組 的服 務時間 呈指 數形式 ，本文利用 M／G／C 系統分析 CRSN 中出現的時延，其中，C是競爭無線電中允許同時傳輸的服務器（信道）總數。

圖2 用于時延分 析 的 CRSN 優先級隊列模型

PU 活 躍 期 間 （即 Ton），SU 不 可 能 獲 得 任 何 傳 輸 機 會 ，除非 PU 信號弱或錯誤 檢測 概 率高。因 此 ，由 于 C 個信 道上 M 個 PU 的 非 空 HPQ，SU 的 等 待 時 間 為 τon×Pon， 假 設PU 的 服 務 時 間 Ta為 on 周 期 內 扣 除 SU 錯 誤 檢 測 概 率 的比 例 ，即 τon（1-pm），因 為 PU 必 須 等 待 SU 幀 傳 輸 Tf完 成 ，HPQ 中 PU 的等待時間為：

其 中 ，ρp=Taλp／C，表 示 PU 信 道 利 用 系 數 ，即 Ta=ρpC／λp，代入式（12）可改寫為：

對于 SU，到達數據分組的等待時間不僅依賴 HPQ 和LPQ 中到達的數據分組，且依賴主用戶上到達的子序列，因此，計算中必須包括這個時延，所以 SU 的低優先級 隊列的等待時間為：

簡化為：

其 中 ，ρs=Tdλs是 SU 的 信 道 利 用 率 ， 若 假 設 每 對 競 爭 SU 有足夠信道數目可用，即，則取所以，當在公共控制信道上協商后 SU 同時在不同信道發 送不同數據時，可獲得 SU 在 C 個可能服 務 器或信道 上 傳 輸的時延，因此，式（17）可改寫為：

因此，由 式 （18）獲 得 的 SU 的 數 據 分 組 時 延 依 賴 PU利用的業務信道以及訪問業務信道的控制信道協商周期，具體見表 1。

表1 模型中的變量及定義

4 性能分析

PU 業務模型的各種參數值見表 2。均勻部署 SU，節點密度隨節點傳輸范圍變化而變化，且 PU 隨機出現在網絡中的不同點，在隨機選擇的信道上活躍。 SU 連續搜索信道可用性并在 MAC幀傳輸前保持更新信道列表。本文的貢獻在于 MAC 協議的性能分析而 不是 MAC 協議的設計，所有實驗分析均在 MATLAB 環境中執行。

表2 參數設置

4.1 單節點帶寬

在 PU 的 各 種 空 閑 周 期 τoff和 工 作 周 期 τon值 下 改 變 數據幀周期 Tf可以獲得單個 SU 帶 寬，如 圖 3 所示，其 中 ，τon=（1-τoff）s，M=20，C=20，Nc=15。從 圖 3 中 可 以 看 出 ，剛 開始 SU 的 帶 寬 隨 著 Tf的 增 加 而 增 加 ，約 100 ms 處 達 到 最大 值 ，之 后 隨 著 Tf繼 續 增 加 而 降 低 ，減 少 趨 勢 依 賴 τoff值 的大 小 。τoff=0.8 時 ，降 低 幅 度 最 大 ，約 22% 。但 在 τoff=0.2 時 可忽略，這是 由于 SU 傳輸過程中遇到來自 PU 的干擾，因此Tf增加也不影響帶寬。假設 SU 節點通過監聽公共控制信道獲知業務信道的利用情況。在較長幀周期的情況下，業務信道上的傳輸更容易遇到沖突和干擾，因為新 SU 很有可能不監聽控制 信道上的 CSMA 消息，故本文沒有在業務信道上采用 CSMA。

圖3 SU 的單個節點帶寬

類似地，通過改 變 虛 警 概 率 Pf，各 種 PU 傳 輸 周 期 值τon的 帶 寬 如 圖 4 所 示 ，其 中 ，0.2≤τon≤0.8，且 τoff=1-τon。從圖 4中可以看出，虛警概率的增加導致帶寬變化明顯。當τon=0.8 s，Pf=0.1 時 帶 寬 接 近 0，但 當 τon=0.2 s 時 ，帶 寬 明 顯變高。PU 的活動周期或虛警概率越高，帶寬越低。因此，為了保證較高的帶寬，需要 保 證 較短的 PU 活 躍 周 期和較低的虛警概率。

圖4 PU的單個節點帶寬

改 變 空 閑 周 期 τoff可 以 獲 得 公 共 沖 突 范 圍 內 的 聚 合 帶寬 ，如 圖 5 所 示 ，其 中 ，M=20，C=20，Nc=15，Tf=50 ms。τon=1 s時 ，聚 合 帶 寬 隨 τoff的 增 加 而 線 性 增 加 ，但 τon=0.25 s 時 ，呈指數增加。獲得 的 聚 合帶寬是 單 個 SU 帶 寬 的 5 倍 ，因此通 過 在 控 制 信 道 上 使 用 CSMA MAC 協 商 信 道 允 許 多 個SU 同時傳輸，可有效利用頻譜。

圖5 改 變 τoff后 SU 的 聚 合 帶 寬

幀 持 續 時 間 也 影 響 可 實 現 的 帶 寬 以 及 Ton和 Toff，圖 6所示為通過改變 SU 密度獲得的在 各種 Tf值 處的聚合帶寬 ，其 中 ，τoff=0.5 s，τon=0.5 s，M=20，C=20。從 圖 6 可 看 出 ，隨著 SU 數目 的 增 加，由于感知 和 利用到的 傳 輸 機會的數目的增加，聚合帶寬顯著增加。但 40 個用戶 趨勢變平滑，因為頻譜可用性變為瓶頸，而且在較大的數據幀周期 Tf內 實 現 的 帶 寬 更 大 ，Tf增 加 4 倍 ，即 從 10 ms 到 40 ms，帶寬約增加 2 倍。對于更大的 Tf值，該增加不能持續，如圖 3所示。因此，利用認知無線電動態切換至不同信道的能力，可顯著提高聚合帶寬。

圖6 改變幀周期時SU的聚合帶寬

4.2 多信道訪問中的時延

為了評估認知無線電訪問多個信道的潛力，針對給定數目的信道在各種業務場景下執行了仿真實驗。

（1）保 持 PU 數目不變，在 PU 的不同活躍周期下改變SU 的到達率

記 錄 時 延 情 況 ，如 圖 7 所 示 。其 中 ，τoff=0.5 s，τon=0.5 s，M=20，C=20。當 τon=0.15 s 和 τon=0.30 s 時 ，在 較 低 PU 活躍度下，SU 的所有可用信道均得到充分利用，使得 SU 幀周 期具 有 非常小的 時 延，這是由于 SU 公共控 制 信道協商后 ，在低 PU 活躍度 下 同 時利用 了 各 種可用控 制 信道。反之 ，參 考 文 獻 ［14］中 的 時 延 開 始 呈 線 性 增 加 ，甚 至 在 低 PU活 躍度下，隨著 SU 數目的增加 ，并 不適用于 CRSN。盡管本 文方 法 剛開始時 延 隨著 SU 數 目的增加 呈 指數增加 ，卻只 發 生 在 較 高 PU 活 躍 度 處 ，即 τon=0.6 s。因 此 ，能 夠 以 較低的時延同時訪問多個信道，證明了 CRSN 良好的性能。

圖7 改變 LPQ 中 SU 到 達 率 時 SU 的數據分組時 延

（2）在 各 種 SU 幀 周 期 下通過 改 變 PU 的數目分 析 SU的時延

在較低幀周 期 處，服務率較 高 ，導 致 LPQ 中 隊列等待時 間 較 短 ，如 圖 8 所 示 ， 其 中 ，τoff=0.5 s，τon=0.5 s，Nc=10，C=20。對 于 Tf=10 ms 和 Tf=20 ms，觀 察 到 的 平 均 數 據 分 組時延接近較低 PU 到 達率時的幀 周期，隨著 PU 數 目 的 增加 ，時 延 增 加 到 100 ms。但 對 于 較 大 的 幀 周 期 ，該 增 加 有多 個 數 量 級 ，當 Tf=40 ms 時 呈 指 數 形 式 增 加 。因 此 ，為 了獲得較小時延，應保持較小的 SU 幀周期，從而 改善 LPQ的服務率。

圖8 改變LPQ中PU數目時的數據分組時延

此外，通過 改變 PU 的活躍 周期分 析了 PU 活躍度 對SU 數 據 分 組 時 延 的 影 響 ，如 圖 9 所 示 ，其 中 ，τon=0.5 s，M=20，C=20，Nc=10。觀 察 到 的 趨 勢 與 圖 8 的 趨 勢 類 似 ，其中，在較高活躍周期處，時延呈指數增加，因為它超過50% 的 時 間 間 隔 ，但 是 ，若 幀 周 期 較 小 ，Tf≤20 ms，則 時延 低 至 200 ms，但 吞 吐 量 降 低 了 。因 此 ，在 各 種 PU 業 務場景下估計 SU 數據分組時 延，通過 改變 SU 幀 周期可 以進行控制。

圖9 改變PU 活躍周期時SU的數據分組時延

5 結束語

本 文 在 給 定 的 PU 業 務 模 型 下 為 SU 制 定 了 性 能 指標：帶寬和時延，研究了其與動態變化的各種參數的關系。基于 MAC 協議，利用專用控制信道協商 SU 的發送方與接收方之間的業務信道利用情況。分析結果表明，通過分布式信道協作結合 CSMA 的并發傳輸，聚合帶寬增加了 5倍，且 在 較 高 PU 活躍度 下 ，SU 到數 據 分 組 的 時 延 非 常 低，通過改變各種網絡參數：幀周期、SU 數目和 PU 活躍度，數據分組時延可以得到有效控制。

通過 在 CRSN 中 同時利用不 同的可 用信 道研究 了 認知無線電的性能，未來會將其應用于其他帶有 QoS 指標或對應用程序有特定需求的新領域。

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Performance evaluation of primary user and secondary user based on CSMA protocol in CRSN

LIU Ying1，ZHENG Li1，LI Yuansong2
1.Department of Electrical Information Engineering，Sichuan Engineering Technical College，Deyang 618000，China 2.School of Computing，Sichuan University of Science and Engineering，Zigong 643000，China

For the problem of uncertainty owing to the highly variable physical layer characteristics in cognitive radio sensor networks （CRSN），two fundamental performance metrics （bandwidth and delay）were formulated and the performance of medium access control protocol based on CSMA was analyzed.Firstly，CSMA algorithm was used to estimate potential bandwidth of secondary user under the given PU traffic model.Then，aggregated bandwidth of multiple SU simultaneous transmitting within different business channels was derived.Finally，the priority queue model M／G／C was used to analyze the delay of MAC.Performance analysis shows that dedicating a common control channel for SU enhances their aggregated bandwidth approximately five times and the packet delay reduces significantly through the possibility of concurrent transmissions on different traffic channels.

cognitive radio，sensor network，bandwidth estimation，delay estimation，primary user，secondary user

s：Fund of Key Laboratories of Universities in Sichuan Province （No.2014WZY05），Plan Fund of Wisdom Tourism Research Base in Sichuan Province （No.ZHY15-01）

TP393

：A

10.11959／j.issn.1000-0801.2016093

劉瑩（1981-），女，四川工程職業技術學院電氣信息工程系講師，主要研究方向為無線電網絡、WSN 等。

鄭黎（1981-），男，四川工程職業技術學院電氣信息工程系講師，主要研究方向為無線網絡、信息安全等。

黎遠松（1970-），男，四川理工學院計算機學院副教授，主要研究方向為無線網絡、物聯網等。

2016-01-07；

2016-03-08

四 川 省 高 校 重 點 實 驗 室 基 金 資 助 項 目 （No.2014WZY05）； 四 川 省 智 慧 旅 游 研 究 基 地 規 劃 基 金 資 助 項 目 （No.ZHY15-01）