[发明专利]一种联合信道分配的认知无线电网络路由方法

说明书

技术领域

本发明属于认知无线电网络通信技术领域，特别涉及到具有非对称信道的分布式认知无线电网络中认知用户使用某个授权信道，完成最优路由路径选择的方法。

背景技术

随着绿色信息通信技术的迅猛发展，人们对无线频谱资源的业务需求有了极大地提高。现有的无线网络主要采用固定频谱分配策略导致了频谱利用率低下，为了解决频谱利用率低下的问题，设计一种能够动态感知和精确地接入未被使用的授权信道的技术是非常有必要的。认知无线电（Cognitive Radio, CR）技术应运而生，已成为下一代网络中有效利用无线频谱的关键技术。在认知无线电网络中，存在两种类型的用户：主用户和认知用户。主用户使用固定频谱分配的传统网络通信系统，认知用户必须能够动态检测主用户的出现和主用户的再现，能够主动感知、识别并智能访问主用户未使用的授权信道，并且在主用户出现时能够快速退出正在使用的信道而不能干扰主用户的使用相应的授权信道，认知无线电技术这种用户共享授权信道的方式极大提高了频谱利用率。

由于认知无线电网络中可用频谱的时变性、多样性和差异性，使得传统无线网络路由算法不再适用于认知无线电网络。相对于固定频谱分配的无线网络，认知无线电网络的路由具有以下的特点：首先，任何一个认知用户通过自身的认知设备动态感知可用的授权频谱以形成可用频谱集合，此时每个认知用户的可用频谱可能都不相同；其次，认知无线电网络中的认知用户是动态变化的，这将导致认知网络拓扑动态变化，在进行路由选择时需要考虑频谱的可用概率；最后，认知无线电网络中的可用信道随着时间、节点位置的不同而动态变化，频谱的不可用性造成频谱进行切换、认知用户的同频退避和排队，如果认知用户不进行及时的切换将会对主用户的通信造成干扰。

近些年来，致力于认知无线电网络路由算法的研究越来越多，主要的研究成果有：（1）稳定性路由算法（参见文献：Shih C F, Liao W J, Chao H L. Joint Routing and Spectrum Allocation for Multi-Hop Cognitive Radio Networks with Route Robustness Consideration[J]. IEEE Trans. on Wireless Communications, 2011,10(9): 2940-2949.）：该路由机制考虑了在填充式认知无线电网络中路由路径的稳定性，网络中的用户选择可用概率最大的信道最为传输信道，然后设计一种多项式时间算法进行信道分配，使得网络系统的吞吐量最大化。与现有路由算法相比，该算法在选择最优路由的同时保证了系统吞吐量增益。（2）联合跨层与动态频谱分配路由算法 (参见文献：Lei Ding, Tommaso Melodia, Stella N. Batalama. Cross-Layer Routing and Dynamic Spectrum Allocation in Cognitive Radio Ad Hoc Networks[J], IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2010, 59(4):1969-1979.)： 该路由方法在认知无线电网络的基础上考虑了动态频谱分配与路由层联合设计路由算法的问题。该路由算法在一定程度上保证网络最大吞吐量的基础上最小化时延和公平的带宽分配。

通过大量的调研发现和基于以上的讨论，现有技术路由算法都没有考虑主用户的到达率和认知用户竞争使用信道对网络性能的影响。因此，设计一种适用于多跳具有非对称性信道分布式认知无线电网络的路由算法，并且能够节省网络资源和提高网络的整体性能的研究将具有十分重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的问题是：针对现有路由技术中没有考虑主用户到达率和认知用户竞争使用信道对网络性能的影响，传输时延大，造成路由时间长的缺陷，设计一种适用于多跳具有非对称信道分布式认知无线电网络的路由方法，在全局信道分配的基础上，结合认知用户使用可用授权信道的概率，在路由选择时以每个信道的有效传输时延作为路由选择指标，选择最小的有效传输时延和的路径作为路由路径，优化了网络的整体性能。