專利名稱：認(rèn)知Mesh網(wǎng)絡(luò)路由方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通訊領(lǐng)域，尤其涉及一種認(rèn)知Mesh網(wǎng)絡(luò)路由方法。
背景技術(shù)：
無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)(WMN)可以實(shí)現(xiàn)多種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的融合，是下一代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中最具有 發(fā)展?jié)摿Φ慕M網(wǎng)技術(shù)。然而無(wú)線頻譜資源的稀缺和靜態(tài)的頻譜分配方式制約了 WMN的發(fā) 展。應(yīng)用認(rèn)知無(wú)線電(Cognitive Radio, CR)技術(shù)的認(rèn)知Mesh網(wǎng)絡(luò)，通過節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)感知 并機(jī)會(huì)式利用授權(quán)頻段(如廣播電視頻段)在時(shí)間和空間上的頻譜空洞進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，可 以有效地提高頻譜利用率和網(wǎng)絡(luò)吞吐量。由于授權(quán)用戶活動(dòng)的影響，認(rèn)知Mesh節(jié)點(diǎn)的可用信道集分布具有離散性和不均 勻性，而且隨時(shí)間和位置的變化而動(dòng)態(tài)改變，這給認(rèn)知Mesh網(wǎng)絡(luò)的路由選擇帶來了新的挑 戰(zhàn)。一方面，認(rèn)知Mesh節(jié)點(diǎn)之間需要?jiǎng)討B(tài)交換可用信道信息以適應(yīng)動(dòng)態(tài)頻譜環(huán)境下的有效 路由建立；另一方面，認(rèn)知Mesh網(wǎng)絡(luò)需要聯(lián)合信道分配和路由選擇，以保證端到端時(shí)延等 性能的優(yōu)化。目前，一種現(xiàn)有技術(shù)提出的分層圖LGM模型采用集中式算法管理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜头峙?頻譜資源，其基于全局頻譜信息的路由計(jì)算方法適用于頻譜狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定的場(chǎng)合；另一現(xiàn) 有技術(shù)提出的基于段的信道分配(Segment Routing，簡(jiǎn)稱SR)策略，盡量避免信道切換以 減小切換時(shí)延，但是沒有考慮退避時(shí)延對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的重要影響。綜上所述，對(duì)于頻譜環(huán)境動(dòng)態(tài)變化的認(rèn)知Mesh網(wǎng)絡(luò)路由現(xiàn)有技術(shù)中尚未提出有 效的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)中缺少有效的認(rèn)知Mesh網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)方案的問題而做出本發(fā) 明，為此本發(fā)明的主要目的在于提供一種認(rèn)知Mesh網(wǎng)絡(luò)路由方法，其中根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的認(rèn)知Mesh網(wǎng)絡(luò)路由方法包括源節(jié)點(diǎn)和中間節(jié)點(diǎn)分別記錄 其交叉數(shù)據(jù)流的數(shù)量，目的節(jié)點(diǎn)從多條不相交的路由中選定一條交叉數(shù)據(jù)流數(shù)量最少的路 由；按照選定的路由目的節(jié)點(diǎn)及中間節(jié)點(diǎn)根據(jù)信道適應(yīng)度為其源端鏈路進(jìn)行信道分配，其 中，信道適應(yīng)度的計(jì)算參數(shù)包括切換時(shí)延及同頻退避時(shí)延；源節(jié)點(diǎn)根據(jù)選定的路由并使 用分配的信道發(fā)送數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，源節(jié)點(diǎn)和中間節(jié)點(diǎn)分別記錄其交叉數(shù)據(jù)流的數(shù)量，進(jìn)一步包括源節(jié)點(diǎn)使 用控制接口廣播發(fā)送路由請(qǐng)求RREQ分組，其中，RREQ分組至少攜帶當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的以下參數(shù)信 息可用信道集、信道分布表、交叉數(shù)據(jù)流的數(shù)量；若接收到RREQ分組的中間節(jié)點(diǎn)與其上游 節(jié)點(diǎn)的可用信道集有信道交集，則中間節(jié)點(diǎn)根據(jù)其上游節(jié)點(diǎn)的RREQ分組的參數(shù)信息更新 其RREQ分組的參數(shù)信息，并轉(zhuǎn)發(fā)更新后的RREQ分組。優(yōu)選地，目的節(jié)點(diǎn)從多條不相交的路由中選定一條交叉數(shù)據(jù)流數(shù)量最少的路由， 進(jìn)一步包括目的節(jié)點(diǎn)在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)接收到多個(gè)RREQ分組，并根據(jù)RREQ分組攜帶的參數(shù)信息選定其中交叉數(shù)據(jù)流數(shù)量最少的路由。優(yōu)選地，中間節(jié)點(diǎn)接收和轉(zhuǎn)發(fā)一次相同的RREQ分組。優(yōu)選地，按照選定的路由目的節(jié)點(diǎn)及中間節(jié)點(diǎn)根據(jù)信道適應(yīng)度為其源端鏈路進(jìn)行 信道分配，進(jìn)一步包括按照選定的路由目的節(jié)點(diǎn)及中間節(jié)點(diǎn)分別計(jì)算其源端信道的信道 適應(yīng)度，選擇其中信道適應(yīng)度最大的信道為源端鏈路分配數(shù)據(jù)信道，并將信道分配信息加 入到路由應(yīng)答RREP分組中，根據(jù)選定的路由逆向傳輸RREP分組。優(yōu)選地，源節(jié)點(diǎn)根據(jù)選定的路由并使用分配的信道發(fā)送數(shù)據(jù)，進(jìn)一步包括源節(jié)點(diǎn) 采用多信道預(yù)約策略根據(jù)選定的路由并使用分配的信道發(fā)送數(shù)據(jù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，根據(jù)本發(fā)明的上述技術(shù)方案，在信道分配時(shí)不僅考慮通信負(fù)載 以減少同頻退避時(shí)延，而且還考慮到信道切換時(shí)由于一系列消息交互帶來的切換開銷，并 在切換開銷和退避時(shí)延之間取得折衷，以降低端到端時(shí)延，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，能夠更好地適 應(yīng)頻譜環(huán)境動(dòng)態(tài)變化的Mesh網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。


此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā) 明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的認(rèn)知Mesh網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的認(rèn)知Mesh網(wǎng)絡(luò)路由方法的流程圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的認(rèn)知節(jié)點(diǎn)路由發(fā)現(xiàn)的流程圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的認(rèn)知節(jié)點(diǎn)路由應(yīng)答的流程圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的信道選擇的示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的仿真結(jié)果一的示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的仿真結(jié)果二的示意圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的仿真結(jié)果三的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明公開的認(rèn)知Mesh網(wǎng)絡(luò)路由方法，或者稱為考慮信道適應(yīng)度的路由方法 (Channel's Adaptability Fitness Aware Routing，以下簡(jiǎn)稱為 CFAR)，按需動(dòng)態(tài)收集頻 譜信息，以影響端到端時(shí)延的主要因素(信道切換和同頻退避)為參考變量計(jì)算信道適應(yīng) 度，作為鏈路信道決定的依據(jù)，并且采取多信道預(yù)約的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對(duì)本 發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明。在具體描述本發(fā)明實(shí)施例之前，首先簡(jiǎn)單介紹認(rèn)知Mesh網(wǎng)絡(luò)。圖1根據(jù)本發(fā)明實(shí) 施例的認(rèn)知Mesh網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景的示意圖，如圖所示，圓形區(qū)域表示授權(quán)用戶(PU1和PU2) 的通信覆蓋范圍。認(rèn)知節(jié)點(diǎn)只有工作在同一信道，且在其通信范圍內(nèi)時(shí)才能進(jìn)行有效的信 息傳遞，但在授權(quán)用戶覆蓋范圍內(nèi)的認(rèn)知節(jié)點(diǎn)為避免干擾授權(quán)用戶通信，不能使用授權(quán)用 戶的工作信道。本文假設(shè)認(rèn)知Mesh節(jié)點(diǎn)配備兩個(gè)半雙工的CR收發(fā)器，其中一個(gè)CR收發(fā)器 用來進(jìn)行通信協(xié)調(diào)，維護(hù)全局或局部的共享控制信道，這樣可以得到一個(gè)公共網(wǎng)絡(luò)連接圖。 另一個(gè)CR收發(fā)器根據(jù)路由和頻譜決策在可用信道集上動(dòng)態(tài)切換信道，專門用于數(shù)據(jù)傳輸。假設(shè)授權(quán)用戶網(wǎng)絡(luò)和認(rèn)知Mesh網(wǎng)絡(luò)對(duì)信道的劃分采用相同標(biāo)準(zhǔn)，而且每個(gè)信道帶寬相等， 采用改進(jìn)的支持多信道通信的機(jī)制進(jìn)行信道預(yù)約。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種認(rèn)知Mesh網(wǎng)絡(luò)路由方法。圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的認(rèn)知Mesh網(wǎng)絡(luò)路由方法的流程圖，如圖2所示，該方 法包括步驟S202，源節(jié)點(diǎn)和中間節(jié)點(diǎn)分別記錄其交叉數(shù)據(jù)流的數(shù)量，目的節(jié)點(diǎn)從多條不 相交的路由中選定一條交叉數(shù)據(jù)流數(shù)量最少的路由；步驟S204，按照選定的路由目的節(jié)點(diǎn)及中間節(jié)點(diǎn)根據(jù)信道適應(yīng)度為其源端鏈路進(jìn) 行信道分配，其中，信道適應(yīng)度的計(jì)算參數(shù)包括切換時(shí)延及同頻退避時(shí)延；步驟S206，源節(jié)點(diǎn)根據(jù)選定的路由并使用分配的信道發(fā)送數(shù)據(jù)。本發(fā)明提出的認(rèn)知Mesh網(wǎng)絡(luò)路由方法(CFAR路由策略)采用跨層設(shè)計(jì)方案，由認(rèn) 知Mesh節(jié)點(diǎn)的物理層完成頻譜感知功能，并將感知的可用信道集信息傳遞給MAC層和網(wǎng)絡(luò) 層，作為聯(lián)合進(jìn)行信道分配和路徑選擇的依據(jù)。也就是說，認(rèn)知Mesh節(jié)點(diǎn)按需執(zhí)行兩個(gè)任 務(wù)，一是頻譜發(fā)現(xiàn)及頻譜信息的動(dòng)態(tài)交換，二是確定到達(dá)目的地的下一跳節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)分組 的發(fā)送信道。下面詳細(xì)介紹CFAR策略的主要過程。(一)路由發(fā)現(xiàn)過程CFAR策略的路由發(fā)現(xiàn)采用無(wú)線自組網(wǎng)按需平面距離矢量路由協(xié)議(Adhoc On-Demand Distance Vector Routing，以下簡(jiǎn)稱為AODV)基本流程，當(dāng)源節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)發(fā)送 給目的節(jié)點(diǎn)，而沒有有效路由的時(shí)候，使用控制接口廣播發(fā)送路由請(qǐng)求(RREQ)分組。RREQ 分組中包含節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的可用信道集和信道分布表。表 1 信道分布表用于記錄路徑上節(jié)點(diǎn)的頻譜分布信息。在認(rèn)知Mesh網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)可用 信道的不同使得信道的切換不可避免，為減少信道切換次數(shù)，節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行信道分配時(shí)盡量 選擇覆蓋路徑上連續(xù)節(jié)點(diǎn)數(shù)最多的信道。通過在RREQ消息的傳遞中攜帶上信道分布表(結(jié) 構(gòu)見表1)，節(jié)點(diǎn)可以按需收集最新的頻譜分布信息，用來作為信道選擇的依據(jù)。信道分布表 的計(jì)算方法如下
ck表示能夠使用信道k的連續(xù)節(jié)點(diǎn)數(shù)。如果認(rèn)知Mesh節(jié)點(diǎn)n的可用信道集An中 包含信道k，那么ck的值加1，如果不包含信道k那么將ck置為0。通過比較信道的ck值， 可以取得使切換次數(shù)最少的信道分配方式。下面舉例說明，參考圖1，假定的認(rèn)知Mesh網(wǎng)絡(luò)中共有3個(gè)信道，某一時(shí)刻認(rèn)知節(jié) 點(diǎn)感知的可用信道集見方括號(hào)內(nèi)數(shù)字。信道分布表的初始值為0，當(dāng)S發(fā)送RREQ分組時(shí)，由 于其可用信道集為{1，2}，所以信道分布表為{1，1，0}，A節(jié)點(diǎn)收到RREQ分組后，信道分布 表更新為{2，2，1}，B節(jié)點(diǎn)繼續(xù)將其更新為{3，3，2}，目的D節(jié)點(diǎn)的可用信道集{2，3}中沒 有信道1，則將(^的值置為0。在最終的信道分布表{0，4，3}中，c2 = 4表示路徑上4個(gè)連續(xù)節(jié)點(diǎn)的可用信道集中包含信道2，因此D節(jié)點(diǎn)選擇信道2可以避免路徑上的信道切換，將 切換時(shí)延降到最低。 圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的認(rèn)知節(jié)點(diǎn)路由發(fā)現(xiàn)的流程圖，如圖3所示，包括
步驟S302，認(rèn)知節(jié)點(diǎn)處理RREQ分組；步驟S304，提取RREQ分組中的信道分布表；步驟S306，判斷該節(jié)點(diǎn)是否為目的節(jié)點(diǎn)，若是，則執(zhí)行目的節(jié)點(diǎn)處理該分組的處 理，否則，執(zhí)行步驟S308;步驟S308，判斷該節(jié)點(diǎn)是否接收過該RREQ分組，若是則丟棄該分組，否則執(zhí)行步 驟 S310 ；步驟S310-S316，判斷該節(jié)點(diǎn)與其上游節(jié)點(diǎn)信道是否有交集，該節(jié)點(diǎn)與其上游節(jié)點(diǎn) 比較可用信道集，如果沒有公共信道進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，則丟棄此RREQ分組，否則，該節(jié)點(diǎn)首先 保存RREQ分組中的信道分布表，然后更新分組中的可用信道集和信道分布表，并轉(zhuǎn)發(fā)更新 后的RREQ分組。為減小路由開銷，對(duì)同一個(gè)RREQ分組，中間節(jié)點(diǎn)只接收和轉(zhuǎn)發(fā)一次。由于節(jié)點(diǎn)只有一個(gè)數(shù)據(jù)接口，所以交叉節(jié)點(diǎn)的切換時(shí)延和退避時(shí)延都比較大，因 此RREQ分組還需要記錄路徑上交叉數(shù)據(jù)流的數(shù)目。(二)路由應(yīng)答過程對(duì)于靜態(tài)頻譜的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生時(shí)延的一個(gè)主要原因是同頻退避，而在認(rèn)知 Mesh網(wǎng)絡(luò)中，頻譜資源的動(dòng)態(tài)不規(guī)則分布使得信道切換也成為產(chǎn)生時(shí)延的又一重要原因。 特別是當(dāng)節(jié)點(diǎn)為多條數(shù)據(jù)流服務(wù)時(shí)，更是增加了切換時(shí)延和退避時(shí)延的開銷。因此，CFAR策 略是在路由發(fā)現(xiàn)過程中記錄路徑節(jié)點(diǎn)上的交叉數(shù)據(jù)流數(shù)目，目的節(jié)點(diǎn)則從多條不相交的路 徑中選擇一條交叉數(shù)據(jù)流最少的路由，以減小交叉數(shù)據(jù)流對(duì)端到端時(shí)延的影響。對(duì)于一條多跳路徑，為每一跳鏈路分配不同的信道可以有效地降低數(shù)據(jù)流上的沖 突概率，減小退避時(shí)延，但同時(shí)卻增加了切換時(shí)延，要獲得較小的端到端時(shí)延，節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行 信道分配時(shí)需要在信道切換和同頻退避之間取得平衡。圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的認(rèn)知節(jié)點(diǎn)路由應(yīng)答的流程圖，如圖4所示，包括
步驟S402，目的節(jié)點(diǎn)處理RREQ分組；步驟S404-S406，判斷目的節(jié)點(diǎn)是否接收過該RREQ分組，若否，則啟動(dòng)定時(shí)器，否 則，判斷定時(shí)器是否超時(shí)；若該定時(shí)器超時(shí)，則丟棄該分組，否則，執(zhí)行步驟S408 ；步驟S408，緩存該RREQ分組；步驟S410，等待定時(shí)器超時(shí)；步驟S412，目的節(jié)點(diǎn)收到第一個(gè)RREQ分組后即啟動(dòng)定時(shí)器，在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)可能 接收多個(gè)RREQ分組，從而可以得到多條不相交的路徑；目的節(jié)點(diǎn)從中選定交叉數(shù)據(jù)流最少 的路由；步驟S414，提取候選信道，計(jì)算信道適應(yīng)度，下面，詳細(xì)介紹信道適應(yīng)度的計(jì)算過程。首先，需要進(jìn)行信道負(fù)載評(píng)估。為減小使用相同信道的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，降低同頻退避時(shí) 延，信道分配時(shí)需要考慮干擾范圍內(nèi)的信道負(fù)載狀況。在CFAR策略中，認(rèn)知節(jié)點(diǎn)j周期向 K+1(K的取值與節(jié)點(diǎn)干擾距離有關(guān))跳內(nèi)的節(jié)點(diǎn)發(fā)送其信道狀態(tài)消息，其中包含有節(jié)點(diǎn)j的 活躍信道列表A/，通過統(tǒng)計(jì)節(jié)點(diǎn)所有K+1跳鄰居的活躍信道表，可以評(píng)估某信道k的負(fù)載
6。k，根據(jù)下式計(jì)算負(fù)載。k: Nb為認(rèn)知節(jié)點(diǎn)集，①丨(t 0 = 1表示節(jié)點(diǎn)j的活躍信道中包含信道k。①k值越小， 信道k上分組碰撞的概率越小，退避時(shí)延越小。接著，請(qǐng)參考圖5，節(jié)點(diǎn)n的上游節(jié)點(diǎn)是n-1，下游節(jié)點(diǎn)是n+Lchi稱為節(jié)點(diǎn)n的源 端信道，chj稱為其目的端信道。路由確定后，路徑上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)依據(jù)信道分布表和RREP 分組中的目的端信道為其選擇源端信道。信道選擇的依據(jù)是信道適應(yīng)度。信道i的適應(yīng)度F(i) = a比-。^」，其 中，a和0為可調(diào)因子，D-^i = Ac,表示選擇信道i作為源端信道能夠減小的切換時(shí)延 值，A是信道切換開銷。Dba。k。ff, i則表示節(jié)點(diǎn)選擇信道i帶來的同頻退避時(shí)延，根據(jù)下式計(jì)
冑 Dbackoff, i : p。表示節(jié)點(diǎn)在信道k上發(fā)生沖突的概率，附??！^表示沖突的節(jié)點(diǎn)數(shù)，可通過信道負(fù)載 評(píng)估來獲得，Wo表示最小退避窗口值。從信道分布表中提取信道i的值Ci，Ci = 0或Ci = 1表示上游節(jié)點(diǎn)的可用信道集中沒有信道i，信道i被排除；Ci ^ 2表示節(jié)點(diǎn)與反向路徑上 Ci-1個(gè)節(jié)點(diǎn)的可用信道集中包含信道i，信道i可以作為候選信道。認(rèn)知節(jié)點(diǎn)計(jì)算候選信道的適應(yīng)度并選擇適應(yīng)度最大的信道分配給源端鏈路。源節(jié) 點(diǎn)收到RREP分組后建立路由，將數(shù)據(jù)接口切換到分配的信道上發(fā)送數(shù)據(jù)分組。步驟S416-S420，為源端分配數(shù)據(jù)信道，并將信道決定信息加入到RREP分組中，沿 反向路徑逆向傳輸；步驟S422-S434，中間節(jié)點(diǎn)提取RREP分組中攜帶的信道信息，根據(jù)信道適應(yīng)度進(jìn) 行信道分配，并將結(jié)果加入到RREP分組繼續(xù)向其上游轉(zhuǎn)發(fā)，源節(jié)點(diǎn)收到RREP分組后建立路 由。上述過程與目的節(jié)點(diǎn)處理流程類似，請(qǐng)參考S414-S420，此處不贅述。通過上述路由建立過程，認(rèn)知Mesh節(jié)點(diǎn)的路由表項(xiàng)中不僅包含到目的地的下一 跳節(jié)點(diǎn)，還包括與下一跳節(jié)點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)信道。節(jié)點(diǎn)通過查詢路由表，采用多信道預(yù)約策 略，將數(shù)據(jù)分組發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)。認(rèn)知節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)接口的通信由控制接口進(jìn)行信道預(yù)約，采用控制接口方式可以緩解 隱藏終端和暴露終端問題，有效避免數(shù)據(jù)包的碰撞。當(dāng)節(jié)點(diǎn)A有數(shù)據(jù)發(fā)送給節(jié)點(diǎn)B時(shí)，A獲 取與B通信的數(shù)據(jù)信道ch” A用控制接口發(fā)送數(shù)據(jù)信道請(qǐng)求消息CRTS，其中包含工作信道 chi0 B收到CRTS消息后提取啦，查看自己數(shù)據(jù)接口的工作狀態(tài)，如果能夠使用啦則向A 發(fā)送信道應(yīng)答消息CCTS，同時(shí)使數(shù)據(jù)接口工作在chi上。A收到CCTS消息后即通知數(shù)據(jù)接 口發(fā)送分組，同時(shí)發(fā)送CRES消息通告鄰居節(jié)點(diǎn)chi已被占用。本發(fā)明通過對(duì)NS2仿真軟件進(jìn)行多接口多信道支持的擴(kuò)展，使NS2能夠支持認(rèn)知 Mesh網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的仿真。在1200*1200的區(qū)域內(nèi)均勻分布49個(gè)認(rèn)知Mesh節(jié)點(diǎn)，相鄰節(jié)點(diǎn)之 間的距離為200m，節(jié)點(diǎn)通信距離為250m，干擾范圍為550m。同時(shí)在區(qū)域內(nèi)隨機(jī)放置3個(gè)授 權(quán)用戶，授權(quán)用戶隨機(jī)選擇多信道中的一個(gè)信道工作。在授權(quán)用戶覆蓋范圍內(nèi)的認(rèn)知節(jié)點(diǎn)探測(cè)(頻譜探測(cè)過程此處不贅述)到授權(quán)用戶的信號(hào)時(shí)，更新自己的可用信道集。信道的 帶寬均為1Mbps，信道切換時(shí)延取值lms，a和0取值為0.5。通過仿真將本文設(shè)計(jì)的CFAR 策略與SR策略相比較。仿真一是在認(rèn)知Mesh網(wǎng)絡(luò)的仿真環(huán)境中設(shè)置信道數(shù)為4，隨機(jī)選取4組節(jié)點(diǎn)進(jìn)行 通信，節(jié)點(diǎn)之間發(fā)送TCP數(shù)據(jù)流，通信持續(xù)時(shí)間為50s。從圖6的仿真結(jié)果看出，CFAR策略與 SR策略都能夠適應(yīng)動(dòng)態(tài)頻譜變化，網(wǎng)絡(luò)吞吐量在通信期間隨時(shí)間的變化保持穩(wěn)定，但CFAR 策略的吞吐量高于SR策略，這是因?yàn)镃FAR策略的信道分配考慮了信道負(fù)載大小，減小了通 信沖突。仿真二是在認(rèn)知Mesh網(wǎng)絡(luò)的仿真環(huán)境中任意選取6對(duì)節(jié)點(diǎn)，產(chǎn)生TCP數(shù)據(jù)流，通 過改變網(wǎng)絡(luò)中的信道數(shù)量來評(píng)估動(dòng)態(tài)頻譜網(wǎng)絡(luò)路由策略的吞吐能力。如圖7所示，隨著信 道數(shù)的增加，兩種策略的吞吐量都呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但是SR策略的增加幅度要小于CFAR策 略，說明通過均衡信道的負(fù)載，CFAR策略能夠更有效地提高頻譜的利用率。仿真三是在認(rèn)知Mesh網(wǎng)絡(luò)的仿真環(huán)境中比較兩種策略的端到端時(shí)延。從圖8可以 看出，兩種策略的端到端時(shí)延都是隨著網(wǎng)絡(luò)中交叉數(shù)據(jù)流的增加而逐漸增大，但由于CFAR 策略總是選擇交叉數(shù)據(jù)流較少的路徑，所以受到的影響更小，而且由于CFAR策略在信道選 擇時(shí)充分考慮了產(chǎn)生時(shí)延的因素，因此其端到端的時(shí)延開銷要小于SR策略。綜上所示，研究Mesh網(wǎng)絡(luò)在頻譜感知環(huán)境下的聯(lián)合信道分配和路由方案，對(duì)于下 一代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展有重要意義。根據(jù)本發(fā)明上述技術(shù)方案，在信道分配時(shí)不僅考慮通信 負(fù)載以減少同頻退避時(shí)延，而且還考慮到信道切換時(shí)由于一系列消息交互帶來的切換開 銷，并在切換開銷和退避時(shí)延之間取得折衷，以降低端到端時(shí)延，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，更好地 適應(yīng)頻譜環(huán)境動(dòng)態(tài)變化的Mesh網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人 員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、 等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
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權(quán)利要求
一種認(rèn)知Mesh網(wǎng)絡(luò)路由方法，其特征在于，包括源節(jié)點(diǎn)和中間節(jié)點(diǎn)分別記錄其交叉數(shù)據(jù)流的數(shù)量，目的節(jié)點(diǎn)從多條不相交的路由中選定一條交叉數(shù)據(jù)流數(shù)量最少的路由；按照選定的路由所述目的節(jié)點(diǎn)及所述中間節(jié)點(diǎn)根據(jù)信道適應(yīng)度為其源端鏈路進(jìn)行信道分配，其中，所述信道適應(yīng)度的計(jì)算參數(shù)包括切換時(shí)延及同頻退避時(shí)延；所述源節(jié)點(diǎn)根據(jù)選定的路由并使用分配的信道發(fā)送數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述源節(jié)點(diǎn)和所述中間節(jié)點(diǎn)分別記錄其 交叉數(shù)據(jù)流的數(shù)量，進(jìn)一步包括所述源節(jié)點(diǎn)使用控制接口廣播發(fā)送路由請(qǐng)求RREQ分組，其中，所述RREQ分組至少攜帶 當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的以下參數(shù)信息可用信道集、信道分布表、交叉數(shù)據(jù)流的數(shù)量；若接收到所述RREQ分組的中間節(jié)點(diǎn)與其上游節(jié)點(diǎn)的可用信道集有信道交集，則所述 中間節(jié)點(diǎn)根據(jù)其上游節(jié)點(diǎn)的RREQ分組的參數(shù)信息更新其RREQ分組的參數(shù)信息，并轉(zhuǎn)發(fā)更 新后的RREQ分組。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述目的節(jié)點(diǎn)從多條不相交的路由中選 定一條交叉數(shù)據(jù)流數(shù)量最少的路由，進(jìn)一步包括所述目的節(jié)點(diǎn)在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)接收到多個(gè)所述RREQ分組，并根據(jù)所述RREQ分組攜帶 的參數(shù)信息選定其中交叉數(shù)據(jù)流數(shù)量最少的路由。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述中間節(jié)點(diǎn)接收和轉(zhuǎn)發(fā)一次相同的 所述RREQ分組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照選定的路由所述目的節(jié)點(diǎn)及所 述中間節(jié)點(diǎn)根據(jù)信道適應(yīng)度為其源端鏈路進(jìn)行信道分配，進(jìn)一步包括按照選定的路由所述目的節(jié)點(diǎn)及所述中間節(jié)點(diǎn)分別計(jì)算其源端信道的信道適應(yīng)度，選 擇其中信道適應(yīng)度最大的信道為源端鏈路分配數(shù)據(jù)信道，并將信道分配信息加入到路由應(yīng) 答RREP分組中，根據(jù)選定的路由逆向傳輸所述RREP分組。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述源節(jié)點(diǎn)根據(jù)選定的路由并使用分配 的信道發(fā)送數(shù)據(jù)，進(jìn)一步包括所述源節(jié)點(diǎn)采用多信道預(yù)約策略根據(jù)選定的路由并使用分配的信道發(fā)送數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種認(rèn)知Mesh網(wǎng)絡(luò)路由方法，該方法包括源節(jié)點(diǎn)和中間節(jié)點(diǎn)分別記錄其交叉數(shù)據(jù)流的數(shù)量，目的節(jié)點(diǎn)從多條不相交的路由中選定一條交叉數(shù)據(jù)流數(shù)量最少的路由；按照選定的路由目的節(jié)點(diǎn)及中間節(jié)點(diǎn)根據(jù)信道適應(yīng)度為其源端鏈路進(jìn)行信道分配，其中，信道適應(yīng)度的計(jì)算參數(shù)包括切換時(shí)延及同頻退避時(shí)延；源節(jié)點(diǎn)根據(jù)選定的路由并使用分配的信道發(fā)送數(shù)據(jù)。通過本發(fā)明，能夠降低端到端時(shí)延，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，并更好地適應(yīng)頻譜環(huán)境動(dòng)態(tài)變化的Mesh網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
文檔編號(hào)H04W16/14GK101854641SQ201010135409
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者仵國(guó)鋒, 何照盼, 冉曉旻, 匡為君, 季仲梅, 張靜, 童岷, 莫有權(quán), 董芳, 陳迎春 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍信息工程大學(xué)