2.1　引言

根據思科公司的報告，無線業務在過去幾年里急劇增長，2016年，全球移動數據流量增長了63%[1]。移動通信業務的這種上升趨勢，歸因于移動設備（如智能手機和平板電腦）的迅速普及，這將導致無線頻譜資源的緊張[2]。然而，最近的研究表明，在現有的固定頻譜分配政策下，許多授權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，認知無線電技術成為一種新的解決方案[4]。當感知到授權無線頻譜空閑時，認知無線電技術允許未經授權的次要用戶機會性地訪問空閑授權無線頻譜。因此，無線頻譜感知是未經授權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，頻譜感知任務可以分配給移動終端，允許普通用戶使用其移動設備進行頻譜感知，并聚合感知數據獲取頻譜狀態。

授權用戶是否使用無線頻譜決定了頻譜狀態，因此，為了搜索空閑頻譜，有必要對授權用戶活動進行建模[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果。為了提高感知精度，可以采用多用戶協作頻譜感知的方法[5]。

在協作頻譜感知方面主要有下列一些研究工作。在寬帶協同感知中，用戶通過交換壓縮感知結果，估計無線頻譜狀態[6,16]。在文獻[8]中，針對惡意移動用戶發送虛假數據的安全問題，研究者提出了一種分配給多個用戶的協作頻譜感知方法，即基于眾包的方法。這些研究只涉及單信道系統，而在多信道網絡中，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，這些函數僅僅是一些二元變量的加權和，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分配，并采用貪婪算法和線性規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。然而，當中心節點發生故障時，采用集中式算法的系統不具有魯棒性。此外，集中式系統在用戶加入或退出系統時不靈活[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絡用戶信道感知結果的博弈論分布式功率控制機制。微型操作系統（TinyOS）已經廣泛應用于傳感系統中，被認為是最健壯、最節能的系統。在文獻[20]中，作者對TinyOS的設計方法、調度算法、編程模型和其他特性進行了綜述，使用TinyOS的傳感節點在不同的傳感應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分配問題，其具有兩個特點：一是充分考慮不同子區域對感知結果的影響，設計目標函數；二是為了達到更好的感知效果，針對傳感任務分配問題，設計了4種不同轉移概率的分布式算法。