تخصيص حسگر‌ها جهت طيف‌سنجي همكارانه در شبكه حسگر هوشمند بي‌سيم با قابليت برداشت انرژي بي سيم با هدف برقراري عدالت در بهره‌وري انرژي

Sensor assignment for CSS in WCSN equipped with energy harvest ability

شبكه حسگر هوشمند بي‌سيم، بدليل سادگي ساختار حسگرها و هزينه كمتر و قابليت پياده سازي در مناطق مختلف، يك راهكار مورد توجه براي تشخيص زمان هاي خالي بودن يك كانال‌ مخابراتي، جهت استفاده مجدد فركانسي از آن، مي‌باشد. استفاده از اين شبكه ها جهت اجراي طيف‌سنجي، باعث افزايش كارايي استفاده از طيف هاي فركانسي توسط كاربران ثانويه در شبكه هاي راديوشناختي خواهد شد. از طرفي با توجه به سادگي ساختار حسگرها، و نيز محدوديت سايز و وزن باتري آن‌ها، اجراي طيف سنجي با دقت و صحت بالا، از چالش هاي پيش رو در شبكه هاي حسگر بي‌سيم هوشمند بوده و در تحقيقات متعددي به آن پرداخته شده است. يك راهكار پرتوجه، طيف سنجي همكارانه حسگرها جهت افزايش دقت و صحت نتايج طيف‌سنجي مي باشد، اما به هرحال استفاده از چندين حسگر براي سنجش يك كانال نياز به مصرف انرژي بيشتر و هزينه بيشترخواهد داشت و بنابراين، استفاده از تمام حسگرها جهت طيف‌سنجي همكارانه بهينه نمي‌باشد. قابليت برداشت انرژي بي‌سيم، در اين شبكه‌ها مي‌تواند به عنوان راهكاري موثر جهت افزايش انرژي حسگرها بكار رود. اما از طرفي، اين راهكار با چالش تعيين عادلانه اينكه كدام حسگرها طيف‌سنجي كرده و كدام حسگرها انرژي برداشت نمايند، روبرو مي‌شود. چالش مورد نظر ذاتا يك مسئله غيرمحدب و بدرفتار است كه حل بهينه آن، نيازمند جستجوي فراگير بوده كه بسيار زمان بر است. در اين مقاله با استفاده از رويكرد نظريه بازي، نوآوري‌هاي زيادي جهت ساده سازي و حل مسئله با پيشنهاد تشكيل ائتلاف حسگرها براي طيف‌سنجي همكارانه يك كانال مخابراتي، و يا برداشت انرژي بي‌سيم، ارائه مي‌شود، به طوري كه هم عدالت در بهره وري انرژي بوده و هم با دقت و اطمينان بالايي طيف‌سنجي انجام شود. پيشنهاد راهكار پيشنهادي در قالب يك بازي همكارانه مدل شده و الگوريتم مناسبي با پيچيدگي به مراتب كمتر از الگوريتم هاي جستجوي فراگير مطرح مي‌شود. نتايج شبيه سازي ها نشان مي دهد كه روش پيشنهادي، انرژي مصرفي حسگرها را حداقل مي نمايد به گونه اي كه بهره وري انرژي با قابليت برداشت انرژي، مشروط به دقت و كيفيت بالاي طيف‌سنجي، به بيشترين مقدار ممكن خواهد رسيد.

The wireless cognitive sensor network, due to the simplicity of the sensor structure and lower cost and the capability to be implemented in different areas, is an important solution for detecting the empty channels, in order to reuse the frequency. These networks will increase the efficiency of the use of frequency spectrum by secondary users in cognitive radio networks. On the other hand, due to the simplicity of the structure of the sensors, as well as the limitation of the size and weight of their batteries, the implementation of spectrum sensing with high accuracy is one of the upcoming challenges in wireless cognitive sensor networks, and has been addressed in numerous researches. The ability to harvest wireless energy in these networks can be used as an effective solution to increase the energy of sensors. But on the other hand, this solution faces the challenge of fairly determining which sensors perform spectrum sensing and which sensors harvest energy. The problem is inherently a non-convex problem thus, the optimal solution requires a comprehensive search, which takes a lot of time. In this paper, using the game theory approach with many innovations are presented to simplify and solve the problem by proposing the formation of a coalition of sensors for collaborative spectrum sensing of a channel, or wireless energy harvesting, so that there is justice in energy efficiency and Spectrum sensing. The proposed solution is modeled in the form of a collaborative game and a suitable algorithm with more less complexity than comprehensive search algorithm is proposed. The results of the simulations show that the proposed method minimizes the energy consumption of the sensors, in such a way that the energy efficiency, subject to the accuracy and high quality of spectrum sensing, will reach the highest possible value.