頻譜感知資源網(wǎng)絡化重組方法

金芳 李永志

（中國人民解放軍91404 部隊 河北省秦皇島市 066000）

1 引言

基于任務驅(qū)動的頻譜感知網(wǎng)絡管理技術是解決多用戶多樣化頻譜感知任務下的頻譜傳感器調(diào)度管理技術和面向電磁頻譜自擾、互擾、干擾的發(fā)生，頻譜感知任務變化、中斷、新任務部署[1]，頻譜傳感器的動態(tài)加入、失效、退出，網(wǎng)絡負載變化等不可靠無線聯(lián)網(wǎng)條件下的頻譜傳感器網(wǎng)絡組網(wǎng)管理[2]，研究以任務為中心的頻譜感知資源網(wǎng)絡重組方法，以提升戰(zhàn)場頻譜傳感器網(wǎng)絡的可靠性。

2 基于任務的頻譜傳感器調(diào)度技術

基于任務的頻譜傳感器資源調(diào)度技術是解決多樣化、復雜程度各不相同的頻譜感知任務與數(shù)量巨大、感知能力特性復雜的頻譜傳感器資源的發(fā)現(xiàn)、選擇、匹配的技術問題，以提升頻譜感知設備調(diào)度的有效性與高效性。基于任務驅(qū)動的頻譜感知網(wǎng)絡管理技術思路如圖1所示。

基于任務的頻譜傳感器資源調(diào)度技術是以滿足頻譜感知系統(tǒng)資源發(fā)現(xiàn)、選擇、匹配快而準為目標[3]，定義頻譜感知任務相匹配的調(diào)度規(guī)則，設計高效的感知設備調(diào)度算法，在盡可能短的時間內(nèi)找到能夠滿足頻譜感知任務的合適的頻譜設備，進行任務的部署。

基于任務的頻譜傳感器資源調(diào)度技術將根據(jù)感知資源是否充足，提出了兩種調(diào)度機制，粗粒度虛擬資源調(diào)度技術和細粒度虛擬資源調(diào)度技術。技術思路如圖2所示。

（1）當頻譜感知系統(tǒng)內(nèi)傳感器虛擬資源充足時，通過粗粒度虛擬資源調(diào)度技術，獲取所需的感知資源。

（2）當虛擬資源匱乏是，可細粒度虛擬資源調(diào)度技術，獲取所需的感知資源。

（3）基于任務的頻譜傳感器資源調(diào)度流程如圖3所示。

2.1 粗粒度頻譜傳感器調(diào)度技術

粗粒度頻譜傳感器調(diào)度技術是通過頻譜傳感器感知能力與頻譜感知任務的分解、匹配實現(xiàn)頻譜傳感器調(diào)度的技術。

面向?qū)傩缘念l譜傳感器調(diào)度技術依據(jù)頻譜傳感器所提供的頻譜感知能力[4]，將具有相同或相似頻譜感知能力關鍵特性的頻譜傳感器資源劃分到同一資源池中，使得同一頻譜傳感器資源池中包含的傳感器資源所提供的感知能力具有較強的同構性，不同傳感器資源池中包含的頻譜傳感器資源所提供的頻譜感知能力具有較強的異構性。通過對頻譜傳感器資源池的設備進行調(diào)度，即可完成感知任務的部署，技術思路如圖4所示。

圖1：基于任務驅(qū)動的頻譜感知網(wǎng)絡管理技術思路

圖2：基于任務的頻譜傳感器資源調(diào)度技術思路

圖3：基于任務的頻譜傳感器調(diào)度流程圖

圖4：粗粒度頻譜傳感器調(diào)度示意圖

圖5：粗粒度頻譜傳感器調(diào)度示意圖

圖6：基于任務的頻譜感知資源網(wǎng)絡化重組技術

2.2 細粒度頻譜傳感器調(diào)度技術

粗粒度頻譜傳感器調(diào)度技術是為了提供更加靈活的傳感器資源調(diào)度機制，以增強頻譜傳感器資源發(fā)現(xiàn)與選擇的可能性，從頻譜感知設備資源發(fā)現(xiàn)與選擇的快而準的角度出發(fā)，在優(yōu)化虛擬頻譜傳感器資源間同構性的同時優(yōu)化感知設備資源的數(shù)目，保證頻譜傳感器資源與感知任務的高匹配度，提高頻譜傳感器資源發(fā)現(xiàn)與選擇的效率，技術如圖5所示。

本項目將以頻譜感知任務為系統(tǒng)輸入，本技術將模糊算法、聚類分析和智能搜索算法的優(yōu)點相結合，開展基于模糊聚類和智能搜索算法的頻譜傳感器調(diào)度技術研究，首先通過模糊智能搜索初始候選解，在初始候選解的基礎上應用模糊算法對候選解中的每一個個體進行局部更新，基于占優(yōu)機制找出最佳個體與最差個體[5]，通過最佳個體引導種群中的個體向局部區(qū)域具有最優(yōu)解的位置移動[6]。當?shù)竭_局部最優(yōu)后，通過智能搜索的全局搜索能力使種群中的個體向未搜索的解空間區(qū)域進行移動，以探索新的最優(yōu)解空間，通過全局搜索與局部更新的多次交替，實現(xiàn)細粒度頻譜傳感器調(diào)度，提高虛擬資源的有效性。

3 基于任務的頻譜感知資源網(wǎng)絡重組技術

以任務為中心的頻譜感知資源網(wǎng)絡重組技術主要面向任務變化、感知節(jié)點數(shù)目的改變、網(wǎng)絡負載變化三類網(wǎng)絡狀態(tài)變化，進行頻譜傳感器優(yōu)化組網(wǎng)。建立任務變化、感知節(jié)點數(shù)目的改變、網(wǎng)絡負載變化三類網(wǎng)絡狀態(tài)質(zhì)量函數(shù)，以該函數(shù)作為感知網(wǎng)絡優(yōu)化組網(wǎng)的判決函數(shù)，當網(wǎng)絡狀態(tài)變化時，首先對頻譜感知網(wǎng)絡異常進行捕獲，并對其進行定位、分析，并以分析結果為頻譜感知任務服務質(zhì)量函數(shù)輸入，采用計算幾何數(shù)學模型和圖論的方法，確定網(wǎng)絡拓撲結構，制定組網(wǎng)策略和配置方法，通過分析查詢基于任務的分組與相鄰傳感器之間聯(lián)系，查詢傳感器節(jié)點的網(wǎng)絡狀態(tài)、設備屬性及感知能力，實現(xiàn)對網(wǎng)絡的自組織、自恢復等管理功能。如圖6所示。

4 結束語

以任務為中心的頻譜感知資源網(wǎng)絡重組技術是解決復雜電磁環(huán)境下電磁頻譜自擾、互擾、干擾，感知任務變化、中斷、新任務部署，頻譜傳感器的動態(tài)加入、退出、失效，網(wǎng)絡負載變化等情況造成的頻譜感知網(wǎng)絡組織變化調(diào)整等問題的有效途徑。本技術將有效保證電磁頻譜感知網(wǎng)絡的運行，即使個別感知設備無法工作的狀態(tài)下，感知網(wǎng)絡也能快速再組網(wǎng)，滿足了根據(jù)頻譜感知任務對電磁頻譜感知網(wǎng)絡的動態(tài)調(diào)整的需求，提高頻譜感知網(wǎng)絡的組網(wǎng)能力。