2.1　引言

根據(jù)思科公司的報告，無線業(yè)務(wù)在過去幾年里急劇增長，2016年，全球移動數(shù)據(jù)流量增長了63%[1]。移動通信業(yè)務(wù)的這種上升趨勢，歸因于移動設(shè)備（如智能手機和平板電腦）的迅速普及，這將導(dǎo)致無線頻譜資源的緊張[2]。然而，最近的研究表明，在現(xiàn)有的固定頻譜分配政策下，許多授權(quán)頻譜實際上沒有得到很好的利用[3]。為了提高無線頻譜的利用率，認知無線電技術(shù)成為一種新的解決方案[4]。當感知到授權(quán)無線頻譜空閑時，認知無線電技術(shù)允許未經(jīng)授權(quán)的次要用戶機會性地訪問空閑授權(quán)無線頻譜。因此，無線頻譜感知是未經(jīng)授權(quán)的次要用戶使用無線頻譜的前提。

如今，包括智能手機和平板電腦在內(nèi)的移動終端非常流行。這些智能終端的能力非常強，能夠感知無線頻譜，因此，頻譜感知任務(wù)可以分配給移動終端，允許普通用戶使用其移動設(shè)備進行頻譜感知，并聚合感知數(shù)據(jù)獲取頻譜狀態(tài)。

授權(quán)用戶是否使用無線頻譜決定了頻譜狀態(tài)，因此，為了搜索空閑頻譜，有必要對授權(quán)用戶活動進行建模[9]，此后才能進行頻譜感知。單個用戶在遇到陰影、多徑衰落等問題時，可能獲得錯誤的感知結(jié)果。為了提高感知精度，可以采用多用戶協(xié)作頻譜感知的方法[5]。

在協(xié)作頻譜感知方面主要有下列一些研究工作。在寬帶協(xié)同感知中，用戶通過交換壓縮感知結(jié)果，估計無線頻譜狀態(tài)[6,16]。在文獻[8]中，針對惡意移動用戶發(fā)送虛假數(shù)據(jù)的安全問題，研究者提出了一種分配給多個用戶的協(xié)作頻譜感知方法，即基于眾包的方法。這些研究只涉及單信道系統(tǒng)，而在多信道網(wǎng)絡(luò)中，通過對感知信道分配的研究，達到了最大化感知效果的目的[10～13]。這些文獻提出了相對簡單的目標函數(shù)，這些函數(shù)僅僅是一些二元變量的加權(quán)和，同時沒有考慮感知成本的限制。在文獻[14]中，考慮到有限的感知成本，研究者提出通過選擇移動用戶子集來進行感知任務(wù)分配，并采用貪婪算法和線性規(guī)劃舍入算法來解決這一問題。

在上述文獻中，均采用集中式算法來分配感知任務(wù)。然而，當中心節(jié)點發(fā)生故障時，采用集中式算法的系統(tǒng)不具有魯棒性。此外，集中式系統(tǒng)在用戶加入或退出系統(tǒng)時不靈活[18]。為了解決集中式算法的缺陷，人們對空間頻譜感知問題進行了分布式研究，以充分利用空間頻譜機會[7]，并利用隨機幾何理論分析了空間頻譜感知的性能。在文獻[15]中，作者提出了一種基于認知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)用戶信道感知結(jié)果的博弈論分布式功率控制機制。微型操作系統(tǒng)（TinyOS）已經(jīng)廣泛應(yīng)用于傳感系統(tǒng)中，被認為是最健壯、最節(jié)能的系統(tǒng)。在文獻[20]中，作者對TinyOS的設(shè)計方法、調(diào)度算法、編程模型和其他特性進行了綜述，使用TinyOS的傳感節(jié)點在不同的傳感應(yīng)用中具有更大的靈活性。

與近年來的頻譜感知研究相比，本章采用分布式算法解決感知任務(wù)分配問題，其具有兩個特點：一是充分考慮不同子區(qū)域?qū)Ω兄Y(jié)果的影響，設(shè)計目標函數(shù)；二是為了達到更好的感知效果，針對傳感任務(wù)分配問題，設(shè)計了4種不同轉(zhuǎn)移概率的分布式算法。