[发明专利]一种基于能量优化的认知无线电组播路由方法有效
申请号: | 201010171610.X | 申请日: | 2010-05-07 |
公开(公告)号: | CN101827418A | 公开(公告)日: | 2010-09-08 |
发明(设计)人: | 周贤伟;杜利平;张羲;王超 | 申请(专利权)人: | 北京科技大学 |
主分类号: | H04W40/10 | 分类号: | H04W40/10 |
代理公司: | 北京东方汇众知识产权代理事务所(普通合伙) 11296 | 代理人: | 刘淑芬 |
地址: | 100083*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | 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。本发明一种基于能量优化的认知无线电组播路由方法,所述方法步骤如下:网络模型的建立;建立古诺博弈模型;计算效益函数;求解纳什均衡;组播树的建立。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。 | ||
搜索关键词: | 一种 基于 能量 优化 认知 无线电 路由 方法 | ||
【主权项】:
1.一种基于能量优化的认知无线电组播路由方法,所述方法步骤如下:1.1网络模型的建立本发明,定义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),V是所有节点集合,E是双向链路集合;假设网络中任一节点特定时刻所剩余能量为Ei,在一个基于源节点的组播树中,每个节点的能量消耗是由它到子节点的距离决定的;基于源节点的组播树T中节点i的能量消耗为:
其中,ET和ER分别表示发送和接收单位数据包所消耗的能量,di是节点i到它最远子节点的传输距离,α是无线传播能量损耗常量,通常取为2~4;K是与天线特征相关的常数;1.2建立古诺博弈模型在认知无线电环境中,主用户在获取频谱资源授权时,已投入大量的经济成本,合理的定价策略可以降低认知用户间的干扰,提高频谱效用,当次用户占用频谱带宽越宽,对其他用户干扰越大,则次用户的单位成本越高,因此设定主用户向每个次用户收取的单位带宽价格为:c ( B ) = λb i + y ( Σ j b j ) τ - - - ( 1 ) ]]> 其中λ,y,τ均为常数,且λ>0,y≥0,τ≥1;y可理解为所共享的带宽总和对价格的边际影响,B={b1,...bN}表示所有次用户的策略集合;1.3计算效益函数假设分配信道之间的保护带宽是固定的并且很小,任一次用户i的收益由单位传输速率产生的收益ri来表示:ui(B)=ri×ki×bi-bic(B)(2)每个次用户i的边际利润函数为:∂ u i ( B ) ∂ b i = r i k i - 2 λb i - y ( Σ j b j ) τ - yb i τ ( Σ j b j ) τ - 1 - - - ( 3 ) ]]> B-i={bj|j=1,...,N;j≠i}表示除了次用户i的策略之外的所有策略集合,任一次用户i的最优频谱分配大小与其他次用户的策略有关,因此,通过求解纳什均衡使每个次用户都达到最优,即
集合
表示博弈的纳什均衡解当且仅当![]()
假设每个次用户都已知其他次用户所分配的频谱大小,次用户i对应的函数为:∂ u i ( B ) ∂ b i = 0 = r i k i - 2 λb i - y ( Σ j b j ) τ - yb i τ ( Σ j b j ) τ - i - - - ( 5 ) ]]> 1.4求解纳什均衡通过求得纳什均衡解,每个次用户获得自身的最大利润,将所分配的频谱划分为若干信道的集合,即为每个次用户某个时刻的自身可用频谱集合SOP;1.5组播树的建立1.51组播路由发现组播树建立采用类似MAODV的基本流程,multicast树由一个源节点与若干个目的节点构成,当且仅当有数据要发送的并没有有效路由时,认知节点按需启动路由发现过程,用接收节点驱动模式构造multicast树,利用MIP算法从multicast树中根据MIC和SOP集信息选择节点作为其接入节点;基于认知无线电网络频谱分配不均匀,各节点的SOP集合各不相同且动态变化的特点,在启动路由发现、转发与路由回复时,源节点和收到RREQ的节点都要考虑自身SOP集合信息,同时考虑选择最小的建立链路的能量消耗增值因素进行选路;1.52组播路由回复收到RREQ的节点计算建立链路的能量消耗增值
将
和所选的频段加入路由回复报文RREP中,向源节点发送RREP以回复加入请求;目的节点根据收到的RREQ中沿途节点的SOP集合分布情况率先分配频段,然后将所选频段封装在RREP消息中发往源节点;中间节点从接收到的RREP消息中提取各下游节点已分配的频段,连同先前从RREQ报文中提取的上游节点SOP集合分布,就能计算出目前最适合的工作频段,同时更新路由表,最后生成新的RREP继续回送到源节点;这种路由方式能够使节点都准确知道下一跳节点的工作频段,从而快速找到能通过适当频段切换建立通信的多跳路径;1.53组播树的维护组播路由协议必须追踪和处理组播树的变化,即当一个成员节点退出组播组时,协议要进行树的剪枝;当树节点间的链路中断时,要及时进行链路的修复;为了节省能量开销,采用主动应答来监测链路状态,当发现链路断开时才修复或重新查找路由,从而达到维护multicast树的目的。
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