[發明專利]基于頻譜感知的地理機會路由協議

有效

• 申請號: 201810523326.0
• 申請日: 2018-05-28
• 公開（公告）號: CN108471620B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 鄭國強;王玉婷;馬華紅;冀保峰;吳紅海;謝萍;宋梁;聶方閣;尚佳慶;袁德穎;王欣彤;王寧;忽中奧
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W40/12;H04W40/20
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 陳佳麗

基于頻譜感知的地理機會路由協議，通過頻譜感知發現本地頻譜的接入機會，提高路由協議每跳的傳輸性能，為了適應信道動態性，SUs機會接入本地空閑信道并轉發數據包，采用地理位置和信道的使用可用概率從多個候選節點中機會的選擇中繼節點，協議中每跳中繼選擇分為頻譜感知、路由發現和路由響應三個階段。本發明有益效果：傳輸路徑較短，信道切換次數較少，端到端時延和能量消耗較小，降低了授權用戶即主用戶的干擾。

技術領域

本發明涉及無線電通信技術領域，具體地說是基于頻譜感知的地理機會路由協議。

背景技術

近幾十年以來，無線通信技術得到巨大的發展，從廣播、收音機、電視到移動電話，再到現在隨處可見的無線通信應用，使得人們對無線頻譜資源的需求日益增加。但是大多數頻帶被分配到一定的服務，而且全球頻譜占用率測試表明，授權頻段頻譜資源利用率卻非常低。此時，認知無線電網絡(cognitive radio network，CRN)受到了廣泛的關注，能有效提高頻譜使用效率，滿足人們對寬帶無線通信的用戶需求。在CRN中，認知用戶，也稱為次用戶(secondaryusers，SUs)可以機會式使用主用戶(primary users，PUs)空閑的授權頻譜。因此，對授權頻譜的接入和利用是CRN中研究的核心問題。

為了充分發揮多跳CRN的潛力，支持多媒體應用，認知無線網絡路由機制必須考慮到認知環境的動態頻譜接入。現有研究工作主要集中在有效的頻譜感知和物理層和MAC層的共享機制。但是在多跳CRN中，分布在不同位置的SUs可能在多個信道上對PUs的模式有不同的觀點，因此需要SUs之間的互相協作。現有提出的地理路由協議TIGHT，提供三種路由模式，并允許二級用戶充分檢測授權信道的傳輸機會而不會影響主要用戶(PU)。采用貪婪地里轉發模式發送數據包直到遇到PU區，一旦恢復轉發后進一步圍繞PU區轉發。在PU活躍度較低的情況下，協議工作良好。也有人提出一種基于多路徑網格的地理路由MGGR協議，該協議將網絡視為邏輯3D網格。路由通過網格的方式采用不相交信道將數據分組中繼到匯聚節點。還有基于貪婪的地理轉發路由協議，選擇擁有最大距離增益的候選節點作為下一跳中繼節點，以最小化到目的節點的跳數。而SEARCH雖然也采用了地理轉發原則，但是并不是純粹的貪婪前進選擇下一跳，而是在特定的區域內選擇。以上方法在某種程度下能提高路由的穩定性，但是沒有考慮到路由節點業務量大時，中繼節點由于超負荷運轉造成隊列延遲和頻繁的信道切換問題。以上協議的路徑選擇決議都是由目的節點進行的，加重了目的節點的業務量。

為了提高CRN的穩定性，減低端到端的時延，防止目的節點超負荷運轉，充分利用信道信息，我們通過定期更新路由，改進SEARCH來適應動態變化頻譜接入機會，提出一種基于頻譜感知的地理機會路由協議。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供基于頻譜感知的地理機會路由協議，提高認知無線電網絡的穩定性，減低端到端的時延，防止目的節點超負荷運轉，充分利用信道信息，提高信道接入機會，降低PU活動的影響，增強網絡性能。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是：基于頻譜感知的地理機會路由協議，包括以下步驟：

步驟1、頻譜感知：發送節點SSU在公共控制信道上廣播former消息給所要感知數據信道上的相鄰節點SUs，相鄰節點SUs接收到Former消息后，將所選的數據信道設置為不可訪問，降低信道感知期間的同頻干擾；發送節點SSU通過擴散頻譜感知算法與其鄰節點進行檢測信息融合，得到最終的判決信息，再與之前的信道狀態聯合確定主用戶PU是否使用該頻譜；

步驟2、路由發現：發送節點從最佳轉發區域中選擇最佳轉發節點作為下一跳中繼節點，被選擇的合格的中繼節點繼續作為發送節點尋找下一跳中繼節點，直到消息到達目的節點；