[发明专利]一种基于Ad Hoc网络形式的认知路由方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种认知无线电Ad Hoc网络路由方案的设计与实现，属于无线通信技术领域。

背景技术

认知无线电技术是提高无线频谱资源利用率最有效的手段，它是无线通信发展的一个新的里程碑，其将来的广泛应用必将带来无线通信领域历史性的变革。从认知无线电概念的提出到现在，已经历了十多年的发展，但是，在CR领域的主要研究都集中于物理层和MAC层，对于网络层路由协议的研究还处于刚起步阶段。认知无线电Ad Hoc网络（Cognitive Radio Ad Hoc Networks, CRAHN）作为认知网络中一种重要的网络架构形式，以其自组织性、易于部署、更加灵活的组网方式以及特殊的应用价值得到了研究人员的高度重视。不同于传统的Ad Hoc网络，在CRAHN中，必须时刻考虑空闲频谱的动态变化，网络的拓扑结构和节点之间的连接性也在不断变化。因此，CRAHN的路由协议的设计面临着传统网络所没有的挑战。

目前，已有一些学者针对CRAHN路由问题提出了一些具有代表性的算法。其中，Cheng G，Liu W，Li Y等人的《Spectrum aware on-demand routing in cognitive radio networks》提出一种频谱感知路由协议SORP（Cheng G, Liu W, Li Y, et al. Spectrum aware on-demand routing in cognitive radio networks[C]. Proceedings of IEEE DySPAN’07, Dublin, 2007,571-574.），将频谱分配与按需路由结合起来，对AODV协议进行修改，较好地完成了路由请求与路由响应两个阶段。但是，SORP是基于控制信道的协议，这在认知无线电中是很难做到的，因为每个节点不一定有统一的稳定可靠的空闲频段。另外，SORP没有深入考虑路由维护问题。Ma H，Zheng L，Ma X等人的《Spectrum aware routing for multi-hop cognitive radio networks with a singal transceiver》提出MSCRP协议（Ma H, Zheng L, Ma X, et al. Spectrum aware routing for multi-hop cognitive radio networks with a singal transceiver[C]. Proceedings of IEEE Crown Com’08, Singapore, 2008.），是一种基于单收发机多跳的认知网络频谱感知按需路由协议。协议是在没有控制信道的情况下，设计出了路由控制报文的交换机制并详细分析了“耳聋”问题。该协议采用在节点当前所有可用的频段上发送数据的规则，直至找到可与下一节点通信的信道，没有深入分析频谱管理及选择问题，这样会增加网络延时，降低网络的效率。同时，没有充分考虑主用户的突然出现对认知网络通信链路的影响以及认知网络中信道的频繁切换问题。

从现有的研究成果上看，在对CRAHN路由协议设计中，都存在明显的缺陷：1，基于公共控制信道的路由协议，这个假设在认知无线电系统中无法满足；2，当在频谱动态变化、信道频繁切换以及拓扑结构不断改变等情况下，路由协议能否更好地生存是个难题；3，如何将频谱管理与路由选择有机地结合起来，减少路径中频率切换次数，降低网络延时，是CRAHN未来发展的需要。

发明内容

    本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种基于Ad Hoc网络形式,适用于空闲频谱变化频繁、主用户出现更加随机、维护链路通畅的认知网络环境的路由方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是提供一种基于Ad Hoc网络形式的认知路由方法，包括如下步骤：

（1）在路由表中添加本节点和下一跳节点的可用频谱信息，在RREQ、RREP和HELLO分组中添加一条完整路由中所有节点的可用频谱信息；

（2）当CRAHN中的源节点向目的节点发送数据而无现成可用的路由时，该源节点先进行频谱检测，得到本地可用的空闲频段集合，将空闲频段集合信息加入RREQ中，再利用其中一个空闲频段广播RREQ，并等待接收RREP分组；