农业是中国国民经济的根基。近年来,随着农业现代化的普及和发展,农业物联网得到了飞速发展。在农业物联网中,大量感知节点、终端需要将采集的农业信息传送到数据中心,以供农户、农业相关专家参考和分析。然而,随着农业物联网业务和传输数据量的爆炸式增长,利用传统的通信技术以及目前固定的频谱资源分配策略已经无法满足海量数据传输的需求,频谱匮乏成为制约农业物联网发展的瓶颈问题。认知无线电的出现为解决频谱资源紧缺提供了有效途径,它可以在不影响主用户正常通信情况下,通过频谱感知、动态频谱分配以及频谱共享,实现动态频谱分配和管理,从而有效的提高频谱利用率。本文将认知无线电与农业物联网结合,考虑农业物联网环境的特殊性,利用认知无线电的频谱感知技术,快速有效地对农业物联网中多个异构信道进行快速频谱感知,以解决农业物联网中频谱资源紧缺的问题。本文主要研究如下:(1)针对农业物联网的网络结构和特点,充分考虑农业物联网中不同的网络类型和带宽等因素,提出了两种认知农业物联网实施方案,为本文后续农业物联网频谱感知策略的实施提供了现实场景模型。(2)针对认知农业物联网中不同的认知用户对于异构信道的频谱感知性能的差异问题,本章选取Zigbee、RFID、Bluetooth、WiFi几种无线通信技术实现节点之间的数据传输,提出了一种基于逐级满足的农业物联网异构多信道频谱感知策略,解决了农业物联网中多个认知用户同时协作频谱感知多个异构信道的问题,并将基于逐级满足算法的频谱方法与基于遗传算法和基于迭代匈牙利算法的频谱感知方法进行对比实验。仿真结果表明,基于逐级满足算法需要较少的协作认知用户数参与感知并能够获得较高的有效吞吐量。(3)能耗是农业物联网中的重要问题,而感知时长是影响系统能耗的关键因素之一。为了更好地提升能效,权衡频谱感知过程中的感知时长与有效吞吐量、系统能耗之间的关系,本章建立了频谱感知的能效模型,提出了一种基于遗传算法的跨层农业物联网异构信道频谱感知策略。仿真结果表明,本文提出的基于遗传算法的认知无线电的频谱感知方法相比随机算法,能够最优地确定感知任务分配和感知时长,使得系统能效最大。综上所述,本文针对认知无线电与农业物联网结合的实际应用的问题,首先,提出了两种认知农业物联网实施方案,为具体的实施提供了解决方案,针对农业物联网中的频谱资源紧缺问题,提出了两种认知农业物联网频谱感知方法,解决了多认知用户协作感知多个异构信道的问题,提高了农业物联网频谱资源利用率,解决了农业物联网频谱资源急缺的问题,为未来认知农业物联网的发展提供了理论的支撑和铺垫。