认知无线电传感器网络CSMA协议中主用户和次用户的性能分析

doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2016093

摘要/Abstract

摘要：

针对认知无线电传感器网络（CRSN）中物理层特性高度可变带来的性能不确定性，在CRSN中定义了两种基础性能指标（带宽和时延），并分析了基于载波侦听多路访问（CSMA）的介质访问控制协议的性能。首先，在给定的主用户（PU）业务模型下利用CSMA 算法估计单个次级用户（SU）的潜在带宽；然后，推导在不同业务信道同时传输多个SU的聚合带宽；最后，利用优先级队列模型M/G/C估计介质访问中的时延。性能分析表明，通过使用分布式信道协作结合CSMA的并发传输，聚合带宽可增加5倍，利用不同业务信道同时传输明显降低了分组时延。

关键词: 认知无线电, 传感器网络, 带宽估计, 时延估计, 主用户, 次用户

Abstract:

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.

Key words: cognitive radio, sensor network, bandwidth estimation, delay estimation, primary user, secondary user

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图/表 11

图1

图2

表1

模型中的变量及定义"

变量	定义
M	PU的数目
N	SU的数目
C	数据业务信道的数目
β	业务信道带宽
τ_on	PU活跃传输期间的时间周期
τ_off	PU保持静止期间的时间周期
λ_p	PU的平均到达率
λ_s	SU的平均到达率
$S_{r}^{s} (t)$	SU在t时刻接收到的信号
S^p（t）	SU在t时刻感知到的PU的信号强度
R（t）	SU在t时刻的数据传输速率
R⁺（t）	公共干扰区域内多个SU获得的聚合数据传输速率
T_bo	CSMA协议中的退避时间周期
CW_min	最小竞争窗口尺寸
CW_max	最大竞争窗口尺寸

表1

表2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

图9

参考文献 16

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参数	取值
PU的数目M	20
业务信道的数目C	20
业务信道带宽β/MHz	1
PU平均空闲时间τ_off/s	0.5
PU平均繁忙时间τ_on/s	0.5
公共控制信道数据传输速率B_cc/（kbit·s^-1）	512
帧周期T_f/ms	50
最大竞争窗口尺寸CW_max	1 024