[發(fā)明專利]認知無線電網絡中基于重復博弈的組播路由算法

無效

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• 申請日: 2010-05-19
• 公開（公告）號: CN101860798A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發(fā)明（設計）人: 周賢偉;胡佳慧;劉濤;王超;陳月云
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H04W4/06
• 分類號: H04W4/06;H04W16/02;H04W16/18;H04W40/04
• 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(fā)明屬于認知無線電組播路由領域，尤其涉及路由選擇問題。針對認知無線電網絡頻譜分配的動態(tài)性和差異性，設計了一種組播路由算法。

背景技術

認知無線電(Cognitive?Radio，CR)的概念起源于1999年Joseph?Mitolo博士的奠基性工作，其核心思想是認知無線電具有學習能力，能與周圍環(huán)境交互信息，以感知和利用在該空間的可用頻譜，并限制和降低沖突的發(fā)生。認知無線電的學習能力是使它從概念走向實際應用的真正原因。有了足夠的人工智能，它就可能通過吸取過去的經驗來對實際的情況進行實時響應，過去的經驗包括對死區(qū)、干擾和使用模式等的了解。這樣，認知無線電有可能賦予無線電設備根據頻帶可用性、位置和過去的經驗來自主確定采用哪個頻帶的功能。

隨著無線通信的迅速發(fā)展，頻譜資源日益匱乏，目前認知無線電技術已成為解決無線頻譜資源短缺的關鍵技術。認知無線電的主要有以下4個功能：頻譜感知、頻譜管理、頻譜移動性以及頻譜共享，其主要工作包括無線頻譜分析、信道識別、發(fā)射功率控制和動態(tài)頻譜資源管理。其中，認知無線電網絡的組播路由設計亟待解決，已成為研究的一個熱點。

數據在網絡中傳輸有單播、組播以及廣播3種方式，單播只能在發(fā)送者和每一接收者之間實現點對點網絡連接，廣播實現的是發(fā)送者向子網每一個主機投遞一份數據包。對于認知無線電網絡，發(fā)送者需要向多個接收者發(fā)送數據，組播技術在認知網絡中體現出了其獨特的優(yōu)越性，實現了發(fā)送者和每一接收者之間實現點對多點網絡連接。當發(fā)送者同時給多個的接收者傳輸相同的數據時，只需復制一份的相同數據包。它提高了數據傳送效率，減少了骨干網絡出現擁塞的可能性。

為了進行有效的組播通信，確定組播路由非常關鍵。組播路由算法的研究目標是采用行之有效的算法，使得通信中的節(jié)點同時向多個目的節(jié)點發(fā)送數據時，根據網絡的拓撲結構以及鏈路狀態(tài)，在滿足約束條件的前提下建立一種結構來實現目標函數的優(yōu)化，使網絡費用最小。衡量一個組播算法好壞的標準通常是基于以下3個方面——組播樹的鏈路總造價、端到端延時以及可擴展性。

在認知無線電網絡的路由算法設計過程中，必須考慮到認知用戶對頻譜的使用不會對主用戶造成干擾的問題。對于認知用戶來說，其所使用的無線頻譜資源是屬于主用戶也就是授權用戶的，在這其中主用戶是要受到保護的，認知用戶在對于這樣的頻譜資源進行利用時，必須保證不能影響到主用戶的正常服務，這是頻譜資源管理和政策上的規(guī)定，同時也是在授權頻段使用認知無線電技術時所應該做到的基本的頻譜禮儀之一。

鑒于以上考慮，本發(fā)明提供了認知無線電網絡中的一種基于重復博弈的路由路由算法。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供了一種基于重復博弈論的組播路由算法，針對認知無線電網絡頻譜分配的動態(tài)性和差異性，通過將路由選擇的歷史參與到下次路由選擇中，從而簡化了算法的冗余度。此外，基于動態(tài)博弈中重復博弈論的思想，在路由選擇中引入聲譽，解決了在不對主用戶造成干擾的情況下，認知節(jié)點既能保證其所選路徑滿足端到端延時最小的條件，又能使路由算法的冗余度達到簡化的算法設計目標。本發(fā)明既能夠使能次用戶在路由選擇時達到自己的要求，又沒有對主用戶對其授權頻譜地使用造成干擾，從而可以使用到對端到端延時有所要求的實際網絡中。

一、組播路由算法中的博弈論分析模型

博弈論是一種分析人類交互過程中各種復雜問題的經濟學工具，在路由選擇問題中，參與路由選擇的節(jié)點可以視作是博弈的參與者，每個節(jié)點都期望在每次選路過程中自己的利益得到最大化，這就是一個博弈的過程，博弈的最后結果是各個節(jié)點的利益達到一個均衡，即納什均衡，但是該均衡不一定是博弈的最優(yōu)解，需要經過分析以及證明找到最優(yōu)解，即，除了該最優(yōu)策略，每個節(jié)點再也找不到其他的策略能在不損害其他節(jié)點利益的前提下單方面提高自身的利益。

博弈論的方法有很多，按照時間因素的參與與否可以分為靜態(tài)博弈和動態(tài)博弈，對于實際的網絡，認知節(jié)點的選路過程必定是多次，因此考慮用動態(tài)博弈分析路由問題。在本發(fā)明中，認知節(jié)點之間的博弈視作是無限重復博弈。在無限重復博弈中，同一個博弈被無限期重復多次，對于任何一個參與者的欺騙和違約行為，其他參與者總會有機會給予報復。由于在無限期重復博弈中，報復的機會總是存在的，所以，每一個參與者都不會采取違約或欺騙的行為，參與者之間合作的均衡解是存在的。