[发明专利]一种基于能量优化的认知无线电组播路由方法

说明书

技术领域：

本发明属于认知无线电CR领域，尤其涉及CR网络中的组播路由协议。

背景技术：

随着无线通信的迅速发展，针对现有频谱利用率低的现状，使得能够对不可再生的频谱 资源实现再利用的频谱共享技术受到了人们的广泛关注。认知无线电(cognitive radio，CR) 作为一种智能的频谱共享技术，能够感知外界环境，使用人工智能技术从环境中学习，实时 自适应地改变系统的工作参数，动态地检测和有效地利用空闲频谱。认知无线电技术的提出， 为实现高效的频谱利用率，同时保证可靠的通信性能，提供了一种新思路。博弈论(game theory)又称对策论，它作为分析不同个体之间交互作用的数学理论模型，在认知无线电等 相关理论研究中得到了较多应用。基于博弈论的认知无线电频谱分配问题，是目前认知无线 电领域的研究热点之一。

在文献《Adaptive Channel Allocation Spectrum Etiquette for Cognitive Radio Networks》中，N.Nie和C.Comaniciu提出了一种认知无线电网络中的自适应频谱分配规则， 设计了一个博弈理论结构来分析认知无线电的分布式自适应信道分配。在文献 《Collaboration and fairness in opportunistic spectrum access》中Peng和Zheng等人 相继提出的标签机制，可区分用户的优先级；在文献《Distributed spectrum allocation via local bargaining》中Cao等人采用公平的业务保证机制提出了本地讨价还价(local bargaining)算法，进一步降低了系统的复杂性，基于合作的方法为了共享相邻用户频繁交换 的协作信息，需要公共的协调协议和通信链路，必然会增加系统的复杂性和额外开销、这对 于带宽受限的通信系统并不适用。

在传统的网络中所使用的频谱资源是相对固定的，而在认知无线电网络中由于所使用的 频谱资源是通过检测的方式获得的，因此认知无线电网络本质上就具有频谱动态性、频谱差 异性以及频谱多样性，使用动态的频谱资源使得路由协议的设计遇到新的挑战和问题。这些 特点在以往的网络中是没有的，在传统网络中的路由协议并未考虑到这些因素，需要设计能 够反映认知无线电网络特点及适应于在认知无线电网络中工作的路由算法和协议。因此有必 要针对认知无线电网络的特点，研究适合于在认知无线电网络中工作的路由协议。

组播(Multicast)是一种一点对多点或者多点对多点的致力于面向群组计算的通信传播 方式，最突出的优点是节省带宽，并且能显著减少分组传送开销，为了有效地利用认知无线 电网络的有限资源，组播在无线网络中扮演着越来越重要的角色。对于认知无线电网络带宽 资源紧张、系统资源有限的网络环境有重要的应用价值。目前基于Ad Hoc网络、无线传感器 网络等无线网络的组播路由协议已经有了许多相关的研究，而如何实现认知无线电网络中的 组播路由协议是目前需要进一步讨论研究的开放性问题。

鉴于以上考虑，本发明提供了一种基于能量优化的认知无线电网络组播路由算法。

发明内容

本发明给出认知无线电网络中基于能量优化的组播路由算法，通过根据经典古诺静态模 型，建立认知网络中频谱分配的模型，以达到高效的频谱分配率。同时考虑能量优化，根据 最小增量MIC和按需驱动的思想，利用路由选择与频谱分配跨层设计的方式解决动态频谱选 择的问题，设计出适应于认知无线电网络频谱多样性、动态性、差异性特点的组播路由算法。

一、建立认知无线电网络模型

认知无线电网络包括一些移动节点和路由，拓扑结构为无向图G＝(V，E)，其中V是分布 在二维平面内的所有节点集合，E是网络中节点之间的双向链路集合。假设：

每个节点都能动态调整自己的发送功率；

每个节点在发送过程中是不移动的；

每个节点使用全向辐射天线；

每个认知节点都配有一个传统无线通信接口形成统一的共享控制信道，传递协议报文；

认知节点能够及时获知该节点SOP(Spectrum Opportunity)集合信息；

工作在相同频段的冲突节点按照IEEE802.11协议标准进行退避；

每个节点都能通过一些距离估计方法获得自己的位置坐标以及网络中其他节点的位置坐 标。