[發(fā)明專利]認知無線電系統(tǒng)中一種基于頻譜效用的協(xié)同路由方法

有效

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• 申請日: 2012-11-21
• 公開（公告）號: CN102946627A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱曉榮;朱鋒;朱洪波
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04W40/10
• 分類號: H04W40/10;H04W40/12
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種特別用于基于認知無線電技術(shù)的自組織網(wǎng)絡(luò)中認知用戶尋找路由的實現(xiàn)方案，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)采用的是靜態(tài)頻譜分配策略，即授權(quán)用戶對其分配的頻譜有獨占性，其他用戶不能使用。雖然這種頻譜分配方式有利于保證系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量，但是由于通信業(yè)務(wù)在地域、時域、頻域上的不均衡性，使頻譜資源沒有得充分的利用。FCC大量研究報告表明頻譜的利用情況極不平衡，一些非授權(quán)的頻段占用擁擠，而有些授權(quán)頻帶則經(jīng)常是空閑狀態(tài)。由于無線通信業(yè)務(wù)需求的快速增長，可用頻譜資源變得越來越稀缺，因此急需一種全新的的、優(yōu)化使用頻譜資源的無線通信技術(shù)。而動態(tài)頻譜接入（Dynamic?SpectrumAccess,DSA）技術(shù)是解決目前頻譜低效利用的有效技術(shù)。

認知無線電（CR：Cognitive?Radio）認知無線電又被稱為智能無線電，它以靈活、智能、可重配置為顯著特征，通過感知外界環(huán)境，并使用人工智能技術(shù)從環(huán)境中學習，有目的地實時改變某些操作參數(shù)(比如傳輸功率、載波頻率和調(diào)制技術(shù)等)，使其內(nèi)部狀態(tài)適應(yīng)接收到的無線信號的統(tǒng)計變化，從而實現(xiàn)任何時間、任何地點的高可靠通信以及對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境有限的無線頻譜資源進行高效地利用。認知無線電的核心思想就是通過頻譜感知（Spectrum?Sensing）和系統(tǒng)的智能學習能力，實現(xiàn)動態(tài)頻譜分配（DSA：dynamic?spectrumallocation）和頻譜共享（Spectrum?Sharing）。在認知無線電系統(tǒng)中認知用戶有兩種工作方式：頻譜交叉（Overlay）方式和頻譜重疊（Underlay）方式。當認知用戶工作方式是頻譜交叉（Overlay）方式時，即認知用戶可以通過檢測頻譜資源尋找頻譜空洞，從而接入到該空洞，但當主用戶出現(xiàn)在該頻段上時，認知用戶應(yīng)當立刻給主用戶騰出頻段。認知用戶與主用戶使用的頻段互不重疊。當認知用戶工作方式是頻譜重疊（Underlay）方式時，即只要認知用戶對主用戶的干擾低于一定門限值時，認知用戶就可以接入到已經(jīng)授權(quán)給主用戶的頻段。在Underlay方式的認知無線電系統(tǒng)中，認知用戶總可以通過調(diào)整發(fā)射功率使干擾小于門限值，從而可以接入到授權(quán)給主用戶的頻段。

認知無線電技術(shù)在許多領(lǐng)域都可以得到利用，尤其是在分布式AdHoc網(wǎng)絡(luò)中將會得到廣泛應(yīng)用。對于基于認知無線電的Ad?Hoc網(wǎng)絡(luò)，因為其開放式頻譜和動態(tài)頻譜接入的特性，傳統(tǒng)的路由協(xié)議已無法滿足此類網(wǎng)絡(luò)對動態(tài)路由的需求，因此需要設(shè)計新的路由算法。

AdHoc網(wǎng)絡(luò)是一種特殊的無線移動通信網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點均由移動主機構(gòu)成。其主要特點有：獨立組網(wǎng)，在任何時刻、任何地點不需要硬件基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的支持，快速構(gòu)建起一個移動通信網(wǎng)絡(luò)；動態(tài)拓撲，這是由網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點可以隨時移動，以及可以隨時加入或離開網(wǎng)絡(luò)所決定的；無線通信帶寬有限，由于無線信道本身的物理特性，它提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬相對有線信道要低得多，除此以外，考慮到競爭共享無線信道產(chǎn)生的碰撞、信號衰減、噪音干擾等多種因素，移動終端可得到的實際帶寬遠遠小于理論中的最大帶寬值；多跳路由，當節(jié)點需要同覆蓋范圍之外的節(jié)點進行通信時，就需要借助其他節(jié)點的轉(zhuǎn)接來完成；安全性差，由于每個節(jié)點可以作為終端或轉(zhuǎn)接節(jié)點，因此更加容易收到入侵或竊聽等惡意破壞行為。在有線網(wǎng)絡(luò)無法使用時，使用AdHoc網(wǎng)絡(luò)快速組建起的自組織網(wǎng)能提供通信和信息的接入，從而保證了該環(huán)境下的通信，Ad?Hoc網(wǎng)絡(luò)廣泛地應(yīng)用于軍事通信、應(yīng)急通信等領(lǐng)域。

在多信道的無線多跳網(wǎng)絡(luò)中，有效地使用多信道，允許多個傳輸同時發(fā)生，不僅可以提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，還可以減少傳輸數(shù)據(jù)過程中為競爭信道而增加的等待時延，降低網(wǎng)絡(luò)擁塞和沖突碰撞。由于Ad?Hoc網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)有的路由協(xié)議基本都是基于最短距離路由，在單信道網(wǎng)絡(luò)中可以有效的選擇路由，但是由于沒有考慮網(wǎng)絡(luò)中可用信道的多樣性，因此這類協(xié)議在多信道無線網(wǎng)絡(luò)的性能就無法得到保障。

在多信道AdHoc認知網(wǎng)絡(luò)中，可以結(jié)合認知無線電中的學習和決策算法，讓每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都具有學習能力，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的當前狀況，動態(tài)地選擇合適的信道和路由，進一步提高網(wǎng)絡(luò)性能。在Ad?Hoc網(wǎng)絡(luò)中引入CR技術(shù)對路由協(xié)議也帶來了一些影響，傳統(tǒng)的路由指標如跳數(shù)、擁塞等作為路由選擇的依據(jù)已不夠充分，所以需要引入新的路由指標，如信道切換次數(shù)、信道切換頻率等。另外，一般的多跳Ad?Hoc網(wǎng)絡(luò)在發(fā)送分組時需要預先確定通信路由，采用CR技術(shù)后，因來自周圍無線系統(tǒng)的干擾波動較大，需要不斷地更改路由，因此Ad?Hoc認知網(wǎng)絡(luò)中，路由技術(shù)非常關(guān)鍵的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容