[发明专利]一种多跳认知无线网络中基于风险评估的随机路由方法

说明书

技术领域

多跳认知无线电网络中基于风险评估的随机路由方法，属于无线通信技术领域，特别涉及在认知无线电网络中频谱机会可靠性的分析，结合频谱分配，基于对节点感知的频谱机会的风险评估完成路由和信道的选择，提高了认知无线网络路由的鲁棒性。

背景技术

在认知无线电网络尤其是在多跳认知无线电网络中，路由问题非常重要。认知无线电系统可以根据周围环境的变化动态的进行频率的选择，而频率的选择通常需要路由方法进行调整。同样，路由的选择需要结合当前环境下的频谱情况。相对于使用固定频谱的传统无线网络，多跳认知无线电网络中的按需路由面临着新的挑战：首先，不同的节点可能感知到不同的频谱机会因而工作频带不同，此时路由选择就要和频谱分配紧密联系；其次，认知网络的中的节点是随时间不断变化的，这将导致网络拓扑动态变化，因此节点间保持实时的频谱机会(SOP)交换是必须的，在路由选择时要考虑到频谱机会的可用概率；第三，由于频谱机会变得不可用而进行的必要的频带切换会增加额外的切换延时，但是如果不及时切换又会对主用户造成不可接受的干扰。

目前，国内外的一些研究人员提出的认知无线电路由方法大多以固定参数为依据的选路策略，没有利用网络中的随机变量来进行路由选择的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于多跳认知无线电网络的路由方法，它将路由选择与信道可用信息相结合，路由选择时结合了频谱分配并采用了风险指数作为选路依据；提高了路由的鲁棒性，实现了更小的频谱切换时延和避免对主用户干扰之间的折中，从而提高了网络的整体性能。

本专利适用于基于ad hoc网络结构的多跳认知无线电网络；该网络模型中不存在传统的集中式控制实体，节点间分布式交换信息。网络拓扑与当前信道可用信息动态变化，路由选择与信道可用密切相关。节点具有频谱感知功能，及时感知主用户出现并将该信息相互转发，各节点依据网络中信道可用信息进行频率切换和路由重新选择。该网络在保证不对主用户产生干扰的情况下极大地提高了频谱的利用率。

本发明具体内容如下：

在基于ad hoc网络结构的多跳认知无线电网络中，各节点除了具有频谱敏捷的收发器之外有一个传统的无线接口，各节点之间可以形成共同的控制信道，这样各节点都可以收到方法消息即使它们感知的频谱机会不同。跨层路由设计使各节点(非自私或恶意的节点)能够提供频谱感知信息，从而实现频谱机会信息在MAC和网络层之间的共享。此外我们假设节点感知到的频谱机会与频谱空洞在概念上等效，每个频谱机会及链路的变化频率具有相同的数量级。路由选择的过程即完成频谱分配，当主用户出现时及时转发信道不可用信息，并在所分配的频谱机会内切换到最近的可用信道，从而引起路由更新。需要指出的是，本方法中对原RREQ消息进行扩展加入SOP信息链表和SOP风险指数信息链表，扩展后的路由请求消息记为RREQ_I，其格式见图1；扩展后的路由应答消息在原RREP消息中加入SOP信息链表和信道信息链表，扩展后的RREP消息记为RREP_I，其结构见图2。

1、路由发现

当源节点S需要一条路由到达某个目的节点D，但是却没有现成可用路由的时候，在所有可用信道上广播路由请求(RREQ_I)包，启动路由发现过程。并将该RREQ_I消息中的源节点S序列号设为当前序列号加1，将跳数计数器清零，将节点S的SOP信息(包含SOP内信道信息)加入SOP链表，将SOP风险指数(包含信道风险指数)加入SOP风险指数信息链表。

2、路由转发

接收到RREQ_I包的节点A识别源节点序列号之后，将RREQ_I包跳数加一并修改转发。直到某个转发节点B本身是目的节点或者存在现有到达目的节点路由，该节点产生RREP_I包。

3、路由回复

目的节点D或存在到目的节点的路由的节点B收到RREQ_I消息时知道了所有中间节点的SOP信息及风险指数RI，然后给自己频谱敏捷的接收机分配一个频带(即选择一个SOP内的一条信道)，选择SOP和信道的概率为1/RI。之后将RREP_I送回源节点，并将分配的频带封装在内。中间节点依据从RREP_I中提取的频带信息和先前的RREQ_I信息选择目前风险指数最小的SOP中，与邻节点频谱间隔最小的频带。节点通过可自适应在频谱间进行切换的收发器建立到目的节点的路由，同时更新路由表并产生新的RREP_I信息送回给源节点。

4、路由维护