一种基于认知无线电的矿区环境监测系统
 

摘要：认知无线电作为一种动态的频谱共享技术，能够有效地提高频谱利用率。本文提出了一种基于认知无线电技术的矿区环境监测方案，通过无线传感器网络采集矿区环境中的特征信号，例如CO2，SO2 和重金属含量等信号，利用GSM 网络中空闲的信道传输采集到的信号。在全天监控的情况下，针对GSM 信道的特征，在保证采集到的信号的有效性的前提下，采取了特征时间段传输的方案。仿真实验表明，该方案能够缓解内存的紧张状况，减少了资源的浪费。
 

关键词：认知无线电；无线传感器网络；矿区环境；监测

0 引言
        环境的质量在人类生存中具有重大的意义和作用，世界卫生组织报告称每年都有2.4 亿的死亡人数是由空气污染直接造成的，由温室效应带来的影响也日益凸显，全球的平均温度在逐年上升，环境质量的提高迫在眉睫，环境的监测具有十分重要的意义。矿上的空气质量以及土壤质量由于受到了煤炭采集、生产、加工等过程中的影响，因此环境十分的恶劣，矿上环境质量的监测也显得尤为重要。无线传感器网络由于耗费低，应用范围广等优点，被广泛的应用于各种领域中，也越来越受到了人们的重视[1, 2, 3]，本文将无线传感器网络应用于环境监测系统中。
        1999 年，Joseph Mitola 博士提出了认知无线电[4, 5]（cognitive radio, CR）的概念，CR旨在解决全球频谱资源使用不平衡的问题，最终实现频谱共享。2006 年，Mishra 提出了一种将ad-hoc 接入GSM 网络的系统[6]。文献[7]提出了一种应用于环境监测系统的感知的无线传感器网络，不过只是针对单个的节点，没有进行系统分析，本文在此基础上进行了改进，选取了簇头节点和设置了特征时间，通过仿真，我们发现，这样做能有效的缓解节点内存的使 用状况和避免资源的浪费。

4 结论
本文给出了一种基于认知无线电的矿区环境监测系统。通过无线传感器网络采集矿区环境中的空气污染或者水土污染信号，将其发送给临近的基站等设备，以实现对环境的监控。基站作为该网络的核心，为无线传感器网络提供接入的信道。而无线传感器网络的簇头节点又是该网络中的指挥中心，它负责与基站、普通节点进行交流，当有空闲信道时，接到了基站的信息后，向普通节点发送传输的命令；当没有空闲信道时，向普通节点发送等待的命令，直到有空闲信道了再传输数据。由于不同时间的移动通信设备呼叫概率的不同，本文选取了部分的特征时间进行采样分析，发现通过采样，既能保证数据的有效性，又能在很大程度上缓解资源的紧张，避免了资源的浪费。
 

[参考文献] (References)
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[2] Tilborg AV. Real-time research in the department of defense[M]. New York,USA， 1996.
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[4] MITOLA.J. Cognitive radio for flexible mobile multimedia communications[A]. 1999. 3-10.
[5] MITOLA.J. Cognitive radios: Making software radios more personal[J]. IEEE Personal Communications，1999， 6（4）：13-18.
[6] Amitabh M. A Multi-channel MAC for Opportunistic Spectrum Sharing in Cogintive Networks[M]. 2006. 1-6.
[7] Qi.J，Shimamoto.S. A cognitive mobile sensor network for environment observation[J]. Telematics and Informatics,2011.
[8] 李仁和. 无线传感器网络中的簇头节点能耗平衡策略[J]. 传感器与微系统，2009，28（8）：24-29.
[9] YANG L,CAO L,ZHENG H. Practive channel access in dynamic spectrum networks[J]. Physical Communication，2008, 1(2):103-111.