[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

专利信息
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: 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)=λbi+y(Σjbj)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:ui(B)bi=riki-2λbi-y(Σjbj)τ-ybiτ(Σjbj)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:ui(B)bi=0=riki-2λbi-y(Σjbj)τ-ybiτ(Σjbj)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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