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Resource Management for Energy and Spectrum Harvesting Sensor Networks (eBook)

eBook Download: PDF
2017
79 Seiten
Springer International Publishing (Verlag)
978-3-319-53771-9 (ISBN)

Lese- und Medienproben

Resource Management for Energy and Spectrum Harvesting Sensor Networks - Deyu Zhang, Zhigang Chen, Haibo Zhou, Xuemin (Sherman) Shen
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This SpringerBrief offers a comprehensive review and in-depth discussion of the current research on resource management. The authors explain how to best utilize harvested energy and temporally available licensed spectrum. Throughout the brief, the primary focus is energy and spectrum harvesting sensor networks (ESHNs) including energy harvesting (EH)-powered spectrum sensing and dynamic spectrum access.

To efficiently collect data through the available licensed spectrum, this brief examines the joint management of energy and spectrum. An EH-powered spectrum sensing and management scheme for Heterogeneous Spectrum Harvesting Sensor Networks (HSHSNs) is presented in this brief. The scheme dynamically schedules the data sensing and spectrum access of sensors in ESHSNs to optimize the network utility, while considering the stochastic nature of EH process, PU activities and channel conditions.

This brief also provides useful insights for the practical resource management scheme design for ESHSNs and motivates a new line of thinking for future sensor networking. Professionals, researchers, and advanced-level students in electrical or computer engineering will find the content valuable.

Preface 6
Contents 8
Acronyms 10
1 Introduction 11
1.1 Resource Constraints in Wireless Sensor Networks 11
1.2 Enabling Techniques for Energy and Spectrum Harvesting 12
1.2.1 Energy Harvesting 12
1.2.2 Spectrum Harvesting 12
1.3 Energy and Spectrum Harvesting Sensor Networks 13
1.3.1 Network Architecture 13
1.3.2 Applications of ESHSNs 15
1.3.3 Challenges for ESHSNs 16
1.4 Aim of the Monograph 17
References 18
2 Energy and Spectrum Harvesting in Sensor Networks 19
2.1 Energy Harvesting 19
2.1.1 EH Process Modeling 19
2.1.2 Energy Allocation 21
2.2 Spectrum Harvesting 24
2.2.1 Spectrum Sensing 24
2.2.2 Resource Allocation in Spectrum Harvesting Sensor Networks 27
2.3 Joint Energy and Spectrum Harvesting in Wireless Networks 29
2.3.1 Green Energy-Powered SH Networks 29
2.3.2 RF-Powered SH Networks 30
2.4 Conclusion 30
References 31
3 Spectrum Sensing and Access in Heterogeneous SHSNs 35
3.1 Introduction 35
3.2 System Model 36
3.2.1 Network Architecture 36
3.2.2 EH-Powered Spectrum Sensing 38
3.3 Problem Statement and Proposed Solution 39
3.3.1 Spectrum-Sensing Scheduling 40
3.3.2 Data Sensor Resource Allocation 44
3.4 Performance Evaluation 48
3.4.1 Detected Channel Available Time 49
3.4.2 Energy Consumption of Data Transmission 54
3.5 Summary 56
References 56
4 Joint Energy and Spectrum Management in ESHSNs 58
4.1 Introduction 58
4.2 System Model and Problem Formulation 59
4.2.1 Channel Allocation and Collision Control Model 60
4.2.2 Energy Supply and Consumption Model 63
4.2.3 Data Sensing and Transmission Model 64
4.2.4 Problem Formulation 65
4.3 Network Utility Optimization Framework 66
4.3.1 Problem Decomposition 66
4.3.2 Utility-Optimal Resource Management Algorithm 72
4.4 System Performance Analysis 72
4.4.1 Upper Bounds on Queues 73
4.4.2 Required Battery Capacity 74
4.4.3 Optimality of the Proposed Algorithm 76
4.5 Performance Evaluation 77
4.5.1 Network Utility and Queue Dynamics 78
4.5.2 Impact of Parameter Variation 80
4.6 Summary 82
References 83
5 Conclusion and Future Research Directions 85
5.1 Concluding Remarks 85
5.2 Future Research Directions 86
5.2.1 Real Data-Driven EH Process and PU Activities Modeling 86
5.2.2 Joint Spectrum Detection and Access 87
5.2.3 Resource Allocation in Multi-hop ESHSNs 87

Erscheint lt. Verlag 8.3.2017
Reihe/Serie SpringerBriefs in Electrical and Computer Engineering
SpringerBriefs in Electrical and Computer Engineering
Zusatzinfo IX, 79 p. 25 illus.
Verlagsort Cham
Sprache englisch
Themenwelt Mathematik / Informatik Informatik
Technik Elektrotechnik / Energietechnik
Schlagworte Cognitive Radio • Energy harvesting • Lyapunov optimization • Opportunistic Spectrum Access • Spectrum harvesting • Spectrum sensing • wireless sensor network
ISBN-10 3-319-53771-7 / 3319537717
ISBN-13 978-3-319-53771-9 / 9783319537719
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