自主通道切换：面向工业无线传感器网络高效频谱共享

工业无线传感器网络（IWSN）致力于通过提供无处不在的感知，将工业自动化引入工业4.0时代，以提高生产效率。然而，工业应用中无线设备的激增使得在有限的工业、科学和医疗（ISM）频段内进行频谱共享成为一个具有挑战性的问题。本文关注频谱使用均匀性对频谱共享性能的内在影响，涉及信道访问概率、频谱利用率和频谱使用公平性。为了探索均匀性与频谱共享性能之间的明确关系，我们首先定义了一个新的平衡概念，以表示可实现的最佳频谱使用均匀性。然后，设计了一套称为局部平衡引导的自主通道切换（LEQ-AutoCS）的规则，通过该规则，每个接入传感器在其频谱感知范围内自主平衡本地信道占用，而无需交换传感器的频谱感知报告。进一步证明，通过这种让步的方式可以实现平衡。理论分析和实验结果表明，所提出的LEQ-AutoCS规则与现有频谱接入方法相比，提供了更高的频谱利用率和公平性。此外，结果显示，LEQ-AutoCS规则帮助系统将频谱接入延迟降低至基于CSMA系统的1/2和基于TDMA系统的1/50。