[發明專利]一種基于能量優化的認知無線電組播路由方法

有效

• 申請號: 201010171610.X
• 申請日: 2010-05-07
• 公開（公告）號: CN101827418A
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發明（設計）人: 周賢偉;杜利平;張羲;王超
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H04W40/10
• 分類號: H04W40/10
• 代理公司: 北京東方匯眾知識產權代理事務所(普通合伙) 11296
• 代理人: 劉淑芬

技術領域：

本發明屬于認知無線電CR領域，尤其涉及CR網絡中的組播路由協議。

背景技術：

隨著無線通信的迅速發展，針對現有頻譜利用率低的現狀，使得能夠對不可再生的頻譜 資源實現再利用的頻譜共享技術受到了人們的廣泛關注。認知無線電(cognitive?radio，CR) 作為一種智能的頻譜共享技術，能夠感知外界環境，使用人工智能技術從環境中學習，實時 自適應地改變系統的工作參數，動態地檢測和有效地利用空閑頻譜。認知無線電技術的提出， 為實現高效的頻譜利用率，同時保證可靠的通信性能，提供了一種新思路。博弈論(game theory)又稱對策論，它作為分析不同個體之間交互作用的數學理論模型，在認知無線電等 相關理論研究中得到了較多應用。基于博弈論的認知無線電頻譜分配問題，是目前認知無線 電領域的研究熱點之一。

在文獻《Adaptive?Channel?Allocation?Spectrum?Etiquette?for?Cognitive?Radio Networks》中，N.Nie和C.Comaniciu提出了一種認知無線電網絡中的自適應頻譜分配規則， 設計了一個博弈理論結構來分析認知無線電的分布式自適應信道分配。在文獻 《Collaboration?and?fairness?in?opportunistic?spectrum?access》中Peng和Zheng等人 相繼提出的標簽機制，可區分用戶的優先級；在文獻《Distributed?spectrum?allocation?via local?bargaining》中Cao等人采用公平的業務保證機制提出了本地討價還價(local bargaining)算法，進一步降低了系統的復雜性，基于合作的方法為了共享相鄰用戶頻繁交換 的協作信息，需要公共的協調協議和通信鏈路，必然會增加系統的復雜性和額外開銷、這對 于帶寬受限的通信系統并不適用。

在傳統的網絡中所使用的頻譜資源是相對固定的，而在認知無線電網絡中由于所使用的 頻譜資源是通過檢測的方式獲得的，因此認知無線電網絡本質上就具有頻譜動態性、頻譜差 異性以及頻譜多樣性，使用動態的頻譜資源使得路由協議的設計遇到新的挑戰和問題。這些 特點在以往的網絡中是沒有的，在傳統網絡中的路由協議并未考慮到這些因素，需要設計能 夠反映認知無線電網絡特點及適應于在認知無線電網絡中工作的路由算法和協議。因此有必 要針對認知無線電網絡的特點，研究適合于在認知無線電網絡中工作的路由協議。

組播(Multicast)是一種一點對多點或者多點對多點的致力于面向群組計算的通信傳播 方式，最突出的優點是節省帶寬，并且能顯著減少分組傳送開銷，為了有效地利用認知無線 電網絡的有限資源，組播在無線網絡中扮演著越來越重要的角色。對于認知無線電網絡帶寬 資源緊張、系統資源有限的網絡環境有重要的應用價值。目前基于Ad?Hoc網絡、無線傳感器 網絡等無線網絡的組播路由協議已經有了許多相關的研究，而如何實現認知無線電網絡中的 組播路由協議是目前需要進一步討論研究的開放性問題。

鑒于以上考慮，本發明提供了一種基于能量優化的認知無線電網絡組播路由算法。

發明內容

本發明給出認知無線電網絡中基于能量優化的組播路由算法，通過根據經典古諾靜態模 型，建立認知網絡中頻譜分配的模型，以達到高效的頻譜分配率。同時考慮能量優化，根據 最小增量MIC和按需驅動的思想，利用路由選擇與頻譜分配跨層設計的方式解決動態頻譜選 擇的問題，設計出適應于認知無線電網絡頻譜多樣性、動態性、差異性特點的組播路由算法。

一、建立認知無線電網絡模型

認知無線電網絡包括一些移動節點和路由，拓撲結構為無向圖G＝(V，E)，其中V是分布 在二維平面內的所有節點集合，E是網絡中節點之間的雙向鏈路集合。假設：

每個節點都能動態調整自己的發送功率；

每個節點在發送過程中是不移動的；

每個節點使用全向輻射天線；

每個認知節點都配有一個傳統無線通信接口形成統一的共享控制信道，傳遞協議報文；

認知節點能夠及時獲知該節點SOP(Spectrum?Opportunity)集合信息；

工作在相同頻段的沖突節點按照IEEE802.11協議標準進行退避；

每個節點都能通過一些距離估計方法獲得自己的位置坐標以及網絡中其他節點的位置坐 標。