[发明专利]基于频谱感知的认知无线网络机会路由协议的实现方法

说明书

基于频谱感知的认知无线网络机会路由协议的实现方法，采用扩散频谱感知算法快速发现空闲可用信道，通过路由发现得到最初竞争节点集并对其进行优先级排序，选择最优的中继节点进行数据包传输，竞争节点集优化时综合考虑了节点的投递率，剩余能量和两节点间的距离，以构建高效、稳定、可靠的路由策略，提高频谱利用率。本发明有益效果：本发明与已有的认知无线网络路由协议相比，在平均时延、平均能耗和平均吞吐量上都有明显的优势。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体地说是基于频谱感知的认知无线网络机会路由协议的实现方法。

背景技术

近几十年以来，无线通信技术得到巨大的发展，从广播、收音机、电视到移动电话，再到现在随处可见的无线通信应用，使得人们对无线频谱资源的需求日益增加。而且无线频谱资源与土地、矿藏、草原、水等实体资源一样是不可再生资源，因此如何在有效的无线频谱资源条件下提高频谱的利用率，从而减轻目前逐渐激化的无线电业务需求和稀少的频谱资源二者之间的矛盾，是现如今无线电领域研究的核心技术。一种被称为认知无线电(Cognitive Radio，CR)的全新的动态频谱利用技术正受到广泛的关注，被视为最具发展潜力的无线通信技术之一，成为当前通信领域的一个研究热点。它的基本思想是：在不对拥有频谱的授权用户产生有害干扰的前提下，认知用户通过择机的方式接入授权用户频段，以提高频谱利用效率。应用这种技术的网络称为认知无线网络(Cognitive Radio Networks，CRN)，不仅具有传统无线网络特性，也具备其特有的频谱异构和时变性。认知无线网络下，由于频谱环境不断的变化，网络拓扑变化比传统的分布式无线网络更为剧烈。所以传统网络的常用的主动式(active)路由和按需式(on-demand)路由已不再适合于这种新型的网络，必须对其加以改进。

目前，对于认知无线网络的路由协议，已经形成了一些具有代表性的路由方法。文献“J Zhang,L Qi,H.Zhu.Optimization of MAC Frame Structure for OpportunisticSpectrum Access[J].IEEE Transactions on Wireless Communications,2012,11(6):2036-2045”中每个认知节点以节点的干扰温度来确定各自的可用频谱集，结合每跳的路由链路成本以及端到端的度量标准决定最佳路径。链路以较小的信道传输时延和较小的信道切换成本来选择信道。在文献“J.Zhang,F.Zheng,X.Gao,H.Zhu.Which Is Better forOpportunistic Spectrum Access:The Duration-Fixed or Duration-Variable MACFrame？[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology,2015,64(1):198-208”和“L.Ding,T.Melodia,S.N.Batalama,J.D.Matyjas,M.J.Medley.Cross-layer routing anddynamic spectrum allocation in cognitive radio ad hoc networks[J].IEEE TransVeh Technol,2010,59(4):1969-79”中，文章提出的动态MAC层的帧结构是由感知时隙、信道切换时隙以及数据传输时隙组成的，通过优化感知时隙以及传输时隙和对帧长度的动态调整，达到频谱感知质量和吞吐量之间的折中，忽略了节点间的协同频谱感知。根据文献“O.S.Badarneh,H.B.Salameh.Opportunistic routing in cognitive radio networks:exploiting spectrum availability and rich channel diversity[C].IEEE GlobalTelecommunications Conference(GLOBECOM),IEEE,2011:1-5”中提出的新的路由协议——跨层路由和动态频谱分配策略(Routing and Spectrum Allocation algorithm，ROSA)，此方法综合考虑了频谱利用率、频谱空穴和授权用户的活动，按照频谱利用率的大小进行频谱分配，主要的路由性能参数为网络吞吐量、公平度索引、频谱利用率以及平均延迟。文献“袁志勇.认知无线电网络中频谱分配与路由联合优化方法的研究[D].重庆邮电大学,2013”设计的机会路由协议，结合了授权用户活动概率模型和认知节点的频谱感知，路由吞吐量度量采用认知节点对频谱的可利用时间以及需求时间。但是，上述这些研究结果主要集中于网络信道的选择与分配，仅考虑路由的有限度量，而没有较全面考虑网络频谱感知条件、授权用户的活动模型、信道的异构特性以及射频环境的影响，也没有考虑将协同频谱感知技术应用于路由策略中。