文 献 综 述

研究背景

从广播电视、收音机到移动电话，从射频识别、遥控器到雷达，无线电应用在我们身边无处不在，无线电技术在社会的各行各业得到了广发的应用。但是与矿藏、水等资源一样，无线电频率也是一种宝贵的资源，且不可再生^[1]。且随着无线电通信的飞速发展，频谱资源紧张、频谱利用率不高的状况日益突出，为无线传感器网络（WSN）提出了新的挑战。认知无线电（CR）技术为解决频谱稀缺问题提供了方法，它允许次级用户从授权用户中借用未使用的频谱，或者与授权用户共同使用频谱。基于这一思想，将CR应用于WSN形成的具有频谱感知能力的认知无线传感器网络（CRSN）是解决频段信道拥挤问题的可行方案。尽管已通过动态频谱接入功能改善了频谱使用，但由于CRSN从WSN继承来的资源限制性，通过分簇减少CRSN能量消耗的节能措施仍然需要。

图1含有PUS和SUS的簇结构

认知无线电网络中的分簇有三种好处^[2]：1）簇通过减少通信消费和通信平行提高可测量性。2）簇通过减少因为网络动态变化宽网络所表现的全局影响改善了稳定性。3）簇网络支持合作任务。图1所示为一个含有主要用户和次要用户的认知无线电网络的簇结构。由图中可以看出，次要用户建立簇，每个簇包含三种类型节点，簇头，成员节点和边界节点，簇头是承担各种业务的中心，例如信道检测等。成员节点将自己与各簇头相连。簇头和成员节点间的通信是簇内通信。位于簇边缘的边界节点可以获取相邻簇的消息，因此它们提供一种簇间通信。

研究意义

除了要解决CR特性带来的频谱管理挑战，CRSN还要解决从WSN继承来的能量和硬件限制挑战。对于WSN的解决方法并没有考虑到CR特性，因此没有解决CR挑战。另一方面，现有的对认知无线电的解决办法没有将能量和硬件挑战列入考虑。过去有很多关于WSN和CRN的研究，CRSN最近得到了大家的关注。簇是CRSN中最重要研究问题之一，它有效的管理拓扑和增加系统的容量和稳定性^[3]。之前关于无线传感器网络和无线附加网络的簇研究并未解决动态频谱接入挑战，所以，他们并不适用于CRSN。所以需要为CRSN进行新的簇研究。

研究现状

簇是一种拓扑管理机制，它将节点组织进局部的组中来增加宽网络的功能。建立的簇结构依赖于在下面的网络，如节点的位置和信道可用性。次要用户建立簇，每个簇有三种节点组成，簇头是承担各种业务的中心，成员节点将自己与各簇头相连，位于簇边缘的边界节点可以获取相邻簇的消息。簇头和成员节点间的通信是簇内通信，边界节点提供一种簇间通信。