金芳 李永志

（中國人民解放軍91404 部隊(duì) 河北省秦皇島市 066000）

1 引言

基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的頻譜感知網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)是解決多用戶多樣化頻譜感知任務(wù)下的頻譜傳感器調(diào)度管理技術(shù)和面向電磁頻譜自擾、互擾、干擾的發(fā)生，頻譜感知任務(wù)變化、中斷、新任務(wù)部署[1]，頻譜傳感器的動(dòng)態(tài)加入、失效、退出，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載變化等不可靠無線聯(lián)網(wǎng)條件下的頻譜傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)管理[2]，研究以任務(wù)為中心的頻譜感知資源網(wǎng)絡(luò)重組方法，以提升戰(zhàn)場(chǎng)頻譜傳感器網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

2 基于任務(wù)的頻譜傳感器調(diào)度技術(shù)

基于任務(wù)的頻譜傳感器資源調(diào)度技術(shù)是解決多樣化、復(fù)雜程度各不相同的頻譜感知任務(wù)與數(shù)量巨大、感知能力特性復(fù)雜的頻譜傳感器資源的發(fā)現(xiàn)、選擇、匹配的技術(shù)問題，以提升頻譜感知設(shè)備調(diào)度的有效性與高效性?；谌蝿?wù)驅(qū)動(dòng)的頻譜感知網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)思路如圖1所示。

基于任務(wù)的頻譜傳感器資源調(diào)度技術(shù)是以滿足頻譜感知系統(tǒng)資源發(fā)現(xiàn)、選擇、匹配快而準(zhǔn)為目標(biāo)[3]，定義頻譜感知任務(wù)相匹配的調(diào)度規(guī)則，設(shè)計(jì)高效的感知設(shè)備調(diào)度算法，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)找到能夠滿足頻譜感知任務(wù)的合適的頻譜設(shè)備，進(jìn)行任務(wù)的部署。

基于任務(wù)的頻譜傳感器資源調(diào)度技術(shù)將根據(jù)感知資源是否充足，提出了兩種調(diào)度機(jī)制，粗粒度虛擬資源調(diào)度技術(shù)和細(xì)粒度虛擬資源調(diào)度技術(shù)。技術(shù)思路如圖2所示。

（1）當(dāng)頻譜感知系統(tǒng)內(nèi)傳感器虛擬資源充足時(shí)，通過粗粒度虛擬資源調(diào)度技術(shù)，獲取所需的感知資源。

（2）當(dāng)虛擬資源匱乏是，可細(xì)粒度虛擬資源調(diào)度技術(shù)，獲取所需的感知資源。

（3）基于任務(wù)的頻譜傳感器資源調(diào)度流程如圖3所示。

2.1 粗粒度頻譜傳感器調(diào)度技術(shù)

粗粒度頻譜傳感器調(diào)度技術(shù)是通過頻譜傳感器感知能力與頻譜感知任務(wù)的分解、匹配實(shí)現(xiàn)頻譜傳感器調(diào)度的技術(shù)。

面向?qū)傩缘念l譜傳感器調(diào)度技術(shù)依據(jù)頻譜傳感器所提供的頻譜感知能力[4]，將具有相同或相似頻譜感知能力關(guān)鍵特性的頻譜傳感器資源劃分到同一資源池中，使得同一頻譜傳感器資源池中包含的傳感器資源所提供的感知能力具有較強(qiáng)的同構(gòu)性，不同傳感器資源池中包含的頻譜傳感器資源所提供的頻譜感知能力具有較強(qiáng)的異構(gòu)性。通過對(duì)頻譜傳感器資源池的設(shè)備進(jìn)行調(diào)度，即可完成感知任務(wù)的部署，技術(shù)思路如圖4所示。

圖1：基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的頻譜感知網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)思路

圖2：基于任務(wù)的頻譜傳感器資源調(diào)度技術(shù)思路

圖3：基于任務(wù)的頻譜傳感器調(diào)度流程圖

圖4：粗粒度頻譜傳感器調(diào)度示意圖

圖5：粗粒度頻譜傳感器調(diào)度示意圖

圖6：基于任務(wù)的頻譜感知資源網(wǎng)絡(luò)化重組技術(shù)

2.2 細(xì)粒度頻譜傳感器調(diào)度技術(shù)

粗粒度頻譜傳感器調(diào)度技術(shù)是為了提供更加靈活的傳感器資源調(diào)度機(jī)制，以增強(qiáng)頻譜傳感器資源發(fā)現(xiàn)與選擇的可能性，從頻譜感知設(shè)備資源發(fā)現(xiàn)與選擇的快而準(zhǔn)的角度出發(fā)，在優(yōu)化虛擬頻譜傳感器資源間同構(gòu)性的同時(shí)優(yōu)化感知設(shè)備資源的數(shù)目，保證頻譜傳感器資源與感知任務(wù)的高匹配度，提高頻譜傳感器資源發(fā)現(xiàn)與選擇的效率，技術(shù)如圖5所示。

本項(xiàng)目將以頻譜感知任務(wù)為系統(tǒng)輸入，本技術(shù)將模糊算法、聚類分析和智能搜索算法的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，開展基于模糊聚類和智能搜索算法的頻譜傳感器調(diào)度技術(shù)研究，首先通過模糊智能搜索初始候選解，在初始候選解的基礎(chǔ)上應(yīng)用模糊算法對(duì)候選解中的每一個(gè)個(gè)體進(jìn)行局部更新，基于占優(yōu)機(jī)制找出最佳個(gè)體與最差個(gè)體[5]，通過最佳個(gè)體引導(dǎo)種群中的個(gè)體向局部區(qū)域具有最優(yōu)解的位置移動(dòng)[6]。當(dāng)?shù)竭_(dá)局部最優(yōu)后，通過智能搜索的全局搜索能力使種群中的個(gè)體向未搜索的解空間區(qū)域進(jìn)行移動(dòng)，以探索新的最優(yōu)解空間，通過全局搜索與局部更新的多次交替，實(shí)現(xiàn)細(xì)粒度頻譜傳感器調(diào)度，提高虛擬資源的有效性。

3 基于任務(wù)的頻譜感知資源網(wǎng)絡(luò)重組技術(shù)

以任務(wù)為中心的頻譜感知資源網(wǎng)絡(luò)重組技術(shù)主要面向任務(wù)變化、感知節(jié)點(diǎn)數(shù)目的改變、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載變化三類網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變化，進(jìn)行頻譜傳感器優(yōu)化組網(wǎng)。建立任務(wù)變化、感知節(jié)點(diǎn)數(shù)目的改變、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載變化三類網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)質(zhì)量函數(shù)，以該函數(shù)作為感知網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化組網(wǎng)的判決函數(shù)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變化時(shí)，首先對(duì)頻譜感知網(wǎng)絡(luò)異常進(jìn)行捕獲，并對(duì)其進(jìn)行定位、分析，并以分析結(jié)果為頻譜感知任務(wù)服務(wù)質(zhì)量函數(shù)輸入，采用計(jì)算幾何數(shù)學(xué)模型和圖論的方法，確定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，制定組網(wǎng)策略和配置方法，通過分析查詢基于任務(wù)的分組與相鄰傳感器之間聯(lián)系，查詢傳感器節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、設(shè)備屬性及感知能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的自組織、自恢復(fù)等管理功能。如圖6所示。

4 結(jié)束語

以任務(wù)為中心的頻譜感知資源網(wǎng)絡(luò)重組技術(shù)是解決復(fù)雜電磁環(huán)境下電磁頻譜自擾、互擾、干擾，感知任務(wù)變化、中斷、新任務(wù)部署，頻譜傳感器的動(dòng)態(tài)加入、退出、失效，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載變化等情況造成的頻譜感知網(wǎng)絡(luò)組織變化調(diào)整等問題的有效途徑。本技術(shù)將有效保證電磁頻譜感知網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，即使個(gè)別感知設(shè)備無法工作的狀態(tài)下，感知網(wǎng)絡(luò)也能快速再組網(wǎng)，滿足了根據(jù)頻譜感知任務(wù)對(duì)電磁頻譜感知網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)調(diào)整的需求，提高頻譜感知網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)能力。