Skip to main content
SUPERVISOR
Mohmmad javad Omidi,Mehdi Mahdavi
محمدجواد امیدی (استاد مشاور) مهدی مهدوی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Maryam Monemian esfahani
مریم منعمیان اصفهانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1389

TITLE

To Propose New Energy-Based Sensor Selection Algorithms for Cooperative Spectrum Sensing in Cognitive Radio Sensor Networks
Cognitive Radio Networks (CRNs) were proposed to solve the problem of spectrum scarcity, low utilization of spectrum resources and increasing demands for wireless communication services. In these networks, users are divided to two categories called Secondary Users (SUs) and Primary Users (PUs). The frequency spectrum belongs to PUs and SUs are allowed to access the spectrum resources of licensed PUs without causing harmful interference with them. Cognitive Radio Sensor Networks (CR) as a subset of CRNs are a type of Wireless Sensor Networks (W) where sensors are implemented with cognitive radio capability. The sensors in such networks can use the frequency spectrum of PUs as the SUs in CR. CR with interweave structure are the networks where sensors vacate the frequency spectrum when the presence of PUs is detected on the frequency spectrum. The W with industrial automation application and target tracking are the examples of such networks. To make sensors aware of the presence of PUs has a special importance in such networks. Sensors should perform spectrum sensing to become aware from the presence of PUs. In order to improve the reliability of decisions made by sensors about the presence of PU, Cooperative Spectrum Sensing (CSS) is used. In CSS, several sensors independently decide about the presence of PU(s) and the final decision about the presence of PU on the frequency spectrum is made based on their decisions. One of the important challenge of CSS is energy consumption for sensors. In this thesis, three system models are considered for CR with respect to the location of PU(s) and sensors. In the first model, the frequency spectrum belongs to one PU which is located far from sensors. In such a model, all sensors receive the same SNRs from the PU. In the second model, the frequency spectrum belongs to one PU which is located close to sensors such that sensors receive different SNRs from the PU. In the third model, the frequency spectrum belongs to more than one PU. The received SNR for each sensor from a PU is different from its received SNR from other PU. In all of three models, the reporting channels between Fusion Center (FC) and sensors are considered with different error probabilities and sensors have various distances from FC. Then, new algorithms are proposed for these models to engage sensors in CSS process with respect to their energy constraints and provide the desired sensing accuracy. These algorithms have been compared with the most recent research works in the field of energy consumption reduction for CSS and the analysis and simulation results confirm that the new algorithms are able to reduce energy consumption and increase the network lifetime. Keywords : Energy consumption, Sensor selection, Spectrum sensing, Cognitive radio.
شبکه‌های رادیوی هوشمند در پاسخ به افزایش تقاضا برای سرویس‌های مخابراتی و کمبود منابع فرکانسی در شبکه‌های بی‌سیم به وجود آمدند. در این شبکه‌ها کاربران به دو دسته اولیه و ثانویه تقسیم می‌شوند. طیف فرکانسی متعلق به کاربران اولیه است و کاربران ثانویه مجاز هستند که از طیف فرکانسی متعلق به کاربران اولیه استفاده کنند، به شرطی که موجب ایجاد تداخل با ارسال‌های کاربران اولیه نشوند. شبکه‌های حسگر رادیوی هوشمند به عنوان زیر مجموعه‌ای از شبکه‌های رادیوی هوشمند، دسته‌ای از شبکه‌های حسگر بی‌سیم هستند که در آن‌ها حسگرها به توانایی‌های هوشمند تجهیز می شوند. در زمان کمبود منابع فرکانسی، حسگرها در این گونه شبکه‌ها می‌توانند از طیف فرکانسی متعلق به یک یا چند کاربر اولیه استفاده کنند. شبکه‌های حسگر رادیوی هوشمند با ساختار درون‌بافی نوعی از این شبکه‌ها هستند که در آن‌ها حسگرها به محض تشخیص حضور کاربر(ان) اولیه طیف را تخلیه می‌کنند. در این نوع از شبکه ها آگاه‌سازی حسگرها از حضور کاربران اولیه اهمیت ویژه‌ای دارد. حسگرها بایستی با سنجش طیف فرکانسی از حضور کاربران اولیه بر روی طیف آگاه شوند. به منظور بهبود قابلیت اطمینان تصمیم‌هایی که راجع به حضور کاربر اولیه بر روی طیف اخذ می‌شود، سنجش طیف همکارانه مورد استفاده قرار می‌گیرد. در سنجش طیف همکارانه، چند کاربر ثانویه مستقلاً به حس کردن طیف پرداخته و تصمیم نهایی راجع به حضور کاربر اولیه بر اساس تصمیم‌های آن‌ها اخذ می شود. سنجش طیف همکارانه با مصرف انرژی برای حسگرها همراه است که خود یکی از چالش های مهم در این گونه از شبکه ها می باشد. در این تحقیق، با توجه به مکان کاربر اولیه در شبکه‌های حسگر رادیوی هوشمند و جایگاه‌های حسگرها نسبت به آن، سه مدل سیستم در نظر گرفته می‌شود.در مدل اول یک کاربر اولیه در نظر گرفته می‌شود که حسگرها در فواصل دوری از آن قرار گرفته اند به این مفهوم که نسبت توان سیگنال به نویز دریافتی از کاربر اولیه برای آنان یکسان است. در مدل دوم یک کاربر اولیه در نظر گرفته می‌شود که در فاصله نزدیکتری نسبت به حسگرها قرار دارد و نسبت توان سیگنال به نویز دریافتی از کاربر اولیه برای حسگرها متفاوت است. در مدل سوم طیف فرکانسی متعلق به چند کاربر اولیه است و حسگرها نیز در فواصل متفاوتی نسبت به آن‌ها قرار دارند و نسبت توان سیگنال به نویز دریافتی از هر کاربر اولیه برای حسگرها متفاوت است. در هر سه مدل بر روی کانال‌های گزارش‌دهی حسگرها وجود خطا با احتمال‌های متفاوت در نظر گرفته شده و فواصل حسگرها نسبت به مرکز ترکیب غیر یکسان فرض می‌شود. سپس، برای این مدل‌ها الگوریتم‌هایی پیشنهاد می‌شود که حسگرها را با در نظر گرفتن محدودیت‌های انرژی در سنجش طیف همکارانه مشارکت می‌دهد و دقت مطلوب برای سنجش طیف را تامین می‌نماید. این الگوریتم‌ها با جدیدترین تحقیقات انجام شده در زمینه کاهش مصرف انرژی مقایسه شده و نتایج تحلیل و شبیه‌سازی نشان می‌دهند که الگوریتم‌های پیشنهادی قادر هستند مصرف انرژی در سنجش طیف همکارانه را کاهش دهند و طول عمر شبکه را افزایش دهند. کلمات کلیدی : مصرف انرژی - انتخاب حسگر - حسگر طیف - رادیوی هوشمند

ارتقاء امنیت وب با وف بومی