频谱感知资源网络化重组方法

金芳 李永志

（中国人民解放军91404 部队 河北省秦皇岛市 066000）

1 引言

基于任务驱动的频谱感知网络管理技术是解决多用户多样化频谱感知任务下的频谱传感器调度管理技术和面向电磁频谱自扰、互扰、干扰的发生，频谱感知任务变化、中断、新任务部署[1]，频谱传感器的动态加入、失效、退出，网络负载变化等不可靠无线联网条件下的频谱传感器网络组网管理[2]，研究以任务为中心的频谱感知资源网络重组方法，以提升战场频谱传感器网络的可靠性。

2 基于任务的频谱传感器调度技术

基于任务的频谱传感器资源调度技术是解决多样化、复杂程度各不相同的频谱感知任务与数量巨大、感知能力特性复杂的频谱传感器资源的发现、选择、匹配的技术问题，以提升频谱感知设备调度的有效性与高效性。基于任务驱动的频谱感知网络管理技术思路如图1所示。

基于任务的频谱传感器资源调度技术是以满足频谱感知系统资源发现、选择、匹配快而准为目标[3]，定义频谱感知任务相匹配的调度规则，设计高效的感知设备调度算法，在尽可能短的时间内找到能够满足频谱感知任务的合适的频谱设备，进行任务的部署。

基于任务的频谱传感器资源调度技术将根据感知资源是否充足，提出了两种调度机制，粗粒度虚拟资源调度技术和细粒度虚拟资源调度技术。技术思路如图2所示。

（1）当频谱感知系统内传感器虚拟资源充足时，通过粗粒度虚拟资源调度技术，获取所需的感知资源。

（2）当虚拟资源匮乏是，可细粒度虚拟资源调度技术，获取所需的感知资源。

（3）基于任务的频谱传感器资源调度流程如图3所示。

2.1 粗粒度频谱传感器调度技术

粗粒度频谱传感器调度技术是通过频谱传感器感知能力与频谱感知任务的分解、匹配实现频谱传感器调度的技术。

面向属性的频谱传感器调度技术依据频谱传感器所提供的频谱感知能力[4]，将具有相同或相似频谱感知能力关键特性的频谱传感器资源划分到同一资源池中，使得同一频谱传感器资源池中包含的传感器资源所提供的感知能力具有较强的同构性，不同传感器资源池中包含的频谱传感器资源所提供的频谱感知能力具有较强的异构性。通过对频谱传感器资源池的设备进行调度，即可完成感知任务的部署，技术思路如图4所示。

图1：基于任务驱动的频谱感知网络管理技术思路

图2：基于任务的频谱传感器资源调度技术思路

图3：基于任务的频谱传感器调度流程图

图4：粗粒度频谱传感器调度示意图

图5：粗粒度频谱传感器调度示意图

图6：基于任务的频谱感知资源网络化重组技术

2.2 细粒度频谱传感器调度技术

粗粒度频谱传感器调度技术是为了提供更加灵活的传感器资源调度机制，以增强频谱传感器资源发现与选择的可能性，从频谱感知设备资源发现与选择的快而准的角度出发，在优化虚拟频谱传感器资源间同构性的同时优化感知设备资源的数目，保证频谱传感器资源与感知任务的高匹配度，提高频谱传感器资源发现与选择的效率，技术如图5所示。

本项目将以频谱感知任务为系统输入，本技术将模糊算法、聚类分析和智能搜索算法的优点相结合，开展基于模糊聚类和智能搜索算法的频谱传感器调度技术研究，首先通过模糊智能搜索初始候选解，在初始候选解的基础上应用模糊算法对候选解中的每一个个体进行局部更新，基于占优机制找出最佳个体与最差个体[5]，通过最佳个体引导种群中的个体向局部区域具有最优解的位置移动[6]。当到达局部最优后，通过智能搜索的全局搜索能力使种群中的个体向未搜索的解空间区域进行移动，以探索新的最优解空间，通过全局搜索与局部更新的多次交替，实现细粒度频谱传感器调度，提高虚拟资源的有效性。

3 基于任务的频谱感知资源网络重组技术

以任务为中心的频谱感知资源网络重组技术主要面向任务变化、感知节点数目的改变、网络负载变化三类网络状态变化，进行频谱传感器优化组网。建立任务变化、感知节点数目的改变、网络负载变化三类网络状态质量函数，以该函数作为感知网络优化组网的判决函数，当网络状态变化时，首先对频谱感知网络异常进行捕获，并对其进行定位、分析，并以分析结果为频谱感知任务服务质量函数输入，采用计算几何数学模型和图论的方法，确定网络拓扑结构，制定组网策略和配置方法，通过分析查询基于任务的分组与相邻传感器之间联系，查询传感器节点的网络状态、设备属性及感知能力，实现对网络的自组织、自恢复等管理功能。如图6所示。

4 结束语

以任务为中心的频谱感知资源网络重组技术是解决复杂电磁环境下电磁频谱自扰、互扰、干扰，感知任务变化、中断、新任务部署，频谱传感器的动态加入、退出、失效，网络负载变化等情况造成的频谱感知网络组织变化调整等问题的有效途径。本技术将有效保证电磁频谱感知网络的运行，即使个别感知设备无法工作的状态下，感知网络也能快速再组网，满足了根据频谱感知任务对电磁频谱感知网络的动态调整的需求，提高频谱感知网络的组网能力。