تخصیص حسگر‌ها جهت طیف‌سنجی همکارانه در شبکه حسگر هوشمند بی‌سیم با قابلیت برداشت انرژی بی سیم با هدف برقراری عدالت در بهره‌وری انرژی

شبکه حسگر هوشمند بی‌سیم، بدلیل سادگی ساختار حسگرها و هزینه کمتر و قابلیت پیاده سازی در مناطق مختلف، یک راهکار مورد توجه برای تشخیص زمان های خالی بودن یک کانال‌ مخابراتی، جهت استفاده مجدد فرکانسی از آن، می‌باشد. استفاده از این شبکه ها جهت اجرای طیف‌سنجی، باعث افزایش کارایی استفاده از طیف های فرکانسی توسط کاربران ثانویه در شبکه های رادیوشناختی خواهد شد. از طرفی با توجه به سادگی ساختار حسگرها، و نیز محدودیت سایز و وزن باتری آن‌ها، اجرای طیف سنجی با دقت و صحت بالا، از چالش های پیش رو در شبکه های حسگر بی‌سیم هوشمند بوده و در تحقیقات متعددی به آن پرداخته شده است. یک راهکار پرتوجه، طیف سنجی همکارانه حسگرها جهت افزایش دقت و صحت نتایج طیف‌سنجی می باشد، اما به هرحال استفاده از چندین حسگر برای سنجش یک کانال نیاز به مصرف انرژی بیشتر و هزینه بیشترخواهد داشت و بنابراین، استفاده از تمام حسگرها جهت طیف‌سنجی همکارانه بهینه نمی‌باشد. قابلیت برداشت انرژی بی‌سیم، در این شبکه‌ها می‌تواند به عنوان راهکاری موثر جهت افزایش انرژی حسگرها بکار رود. اما از طرفی، این راهکار با چالش تعیین عادلانه اینکه کدام حسگرها طیف‌سنجی کرده و کدام حسگرها انرژی برداشت نمایند، روبرو می‌شود. چالش مورد نظر ذاتا یک مسئله غیرمحدب و بدرفتار است که حل بهینه آن، نیازمند جستجوی فراگیر بوده که بسیار زمان بر است. در این مقاله با استفاده از رویکرد نظریه بازی، نوآوری‌های زیادی جهت ساده سازی و حل مسئله با پیشنهاد تشکیل ائتلاف حسگرها برای طیف‌سنجی همکارانه یک کانال مخابراتی، و یا برداشت انرژی بی‌سیم، ارائه می‌شود، به طوری که هم عدالت در بهره وری انرژی بوده و هم با دقت و اطمینان بالایی طیف‌سنجی انجام شود. پیشنهاد راهکار پیشنهادی در قالب یک بازی همکارانه مدل شده و الگوریتم مناسبی با پیچیدگی به مراتب کمتر از الگوریتم های جستجوی فراگیر مطرح می‌شود. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که روش پیشنهادی، انرژی مصرفی حسگرها را حداقل می نماید به گونه ای که بهره وری انرژی با قابلیت برداشت انرژی، مشروط به دقت و کیفیت بالای طیف‌سنجی، به بیشترین مقدار ممکن خواهد رسید.

sensor assignment for css in wcsn equipped with energy harvest ability

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.