[发明专利]用于认知无线传感器网中的节点不相交多路径路由方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于认知无线传感器网络中认知用户寻找路由的实现方法，尤其涉及一种利用频谱效用寻找路由的实现方法。

背景技术

传统的无线通信系统采用的是静态频谱分配策略，即授权用户对其分配的频谱有独占性，其他用户不能使用。虽然这种频谱分配方式有利于保证系统的服务质量，但是由于通信业务在地域、时域、频域上的不均衡性，使频谱资源没有得充分的利用。美国联邦通讯委员会（FCC）大量研究报告表明频谱的利用情况极不平衡，一些非授权的频段占用拥挤，而有些授权频带则经常是空闲状态。由于无线通信业务需求的快速增长，可用频谱资源变得越来越稀缺，因此急需一种全新的、优化使用频谱资源的无线通信技术。而动态频谱接入（Dynamic Spectrum Access,DSA）技术是解决目前频谱低效利用的有效技术。

认知无线电（CR：Cognitive Radio）又被称为智能无线电，它以灵活、智能、可重配置为显著特征，通过感知外界环境，并使用人工智能技术从环境中学习，有目的地实时改变某些操作参数，比如传输功率、载波频率和调制技术等，使其内部状态适应接收到的无线信号的统计变化，从而实现任何时间、任何地点的高可靠通信以及对异构网络环境有限的无线频谱资源进行高效地利用。认知无线电的核心思想就是通过频谱感知（Spectrum Sensing）和系统的智能学习能力，实现动态频谱分配（DSA：dynamic spectrum allocation）和频谱共享（Spectrum Sharing）。在认知无线电系统中认知用户有两种工作方式：频谱交叉（Overlay）方式和频谱重叠（Underlay）方式。当认知用户工作方式是频谱交叉（Overlay）方式时，即认知用户可以通过检测频谱资源寻找频谱空洞，从而接入到该空洞，但当主用户出现在该频段上时，认知用户应当立刻给主要用户腾出频段。认知用户与主用户使用的频段互不重叠。当认知用户工作方式是频谱重叠（Underlay）方式时，即只要认知用户对主用户的干扰低于一定门限值时，认知用户就可以接入到已经授权给主用户的频段。在Underlay方式的认知无线电系统中，认知用户总可以通过调整发射功率使干扰小于门限值，从而可以接入到授权给主用户的频段。

认知无线电技术在许多领域都可以得到利用，当然在无线传感器网络中将会得到广泛应用。对于基于认知无线电的无线传感器网络，因为其开放式频谱和动态频谱接入的特性，传统的路由协议已无法满足此类网络对动态路由的需求，因此需要设计新的路由方法。

无线传感器是一种新型的信息感知和数据彩泥网络系统，它能够在任何时间、任何地点和任何环境下获取各种详尽、准确的环境数据或目标信息，实现对物理世界的感知、人与物理世界之间的通信和信息交互。如果说互联网的出现改变了人与人之间的沟通方式，那么无线传感器的出现将改变人类与自然界之间的交互方式，使人类可以通过无线传感器网络直接感知客观世界，极大地提高人类认识和改造物理世界的能力。因此，无线传感器网络在民用和军事领域具有十分广阔的应用前景。在民用领域，无线传感器网络可以应用于环境监测、工业控制、健康医疗、智能家居、科学探索、抢险救灾和公共安全等方面；在军事领域，无线传感器网络主要应用于国土安全、战场监视、战场侦察、目标定位、目标识别和目标跟踪等方面。

无线传感器网络是一种面向任务的无线自组织网络系统，通常由大量密集部署在某个监测区域的传感器节点以及一个或者多个位于区域内或者区域附近的数据汇聚节点组成。这些传感器节点体积小，但配备有传感器、嵌入式微处理器和无线收发器等器件，集信息采集、数据处理和无线通信等功能于一体，能够通过无线通信和自组织方式形成网络，对监测区域内的各种环境数据或目标信息进行监测和处理，并将所监测的数据和信息传递给汇聚节点，协作完成指定的监测任务。同时，传感器节点还可以通过作为网关的汇聚节点，连接到现有的网络基础设施上，如互联网、卫星网、移动通信网等，从而将采集到的数据和信息传递给远程的监控中心或者终端用户使用。

在多信道的无线多跳网络中，有效地使用多信道，允许多个传输同时发生，不仅可以提高网络的吞吐量，还可以减少传输数据过程中为竞争信道而增加的等待时延，降低网络拥塞和冲突碰撞。无线传感器网络中现有的路由协议在单信道网络中可以有效的选择路由，但是由于没有考虑网络中可用信道的多样性，因此这类协议在多信道无线网络的性能就无法得到保障。