專利名稱：認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中基于樹(shù)的路由選擇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域的路由選擇方法，特別是一種基于樹(shù)的認(rèn) 知無(wú)線電路由選擇方法，通過(guò)對(duì)多個(gè)授權(quán)信道的檢測(cè)結(jié)果，基于選定的空閑授權(quán)信道行成 頻譜樹(shù)，根據(jù)頻譜樹(shù)和最小的時(shí)延來(lái)選擇路由的方法。
背景技術(shù)：
隨著無(wú)線通信業(yè)務(wù)的快速增長(zhǎng)，可用的頻譜資源變得越來(lái)越稀缺。為此，人們采用 諸如鏈路自適應(yīng)、多天線、多用戶檢測(cè)等先進(jìn)的無(wú)線通信技術(shù)來(lái)努力提高頻譜使用效率，同 時(shí)卻發(fā)現(xiàn)全球授權(quán)頻段，尤其是信號(hào)傳播特性較好的較低頻段的頻譜利用率卻很低。以美國(guó)為例，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(Federal Communications Commission, FCC) 的大量研究報(bào)告說(shuō)明頻譜的利用情況極不平衡，一些非授權(quán)頻段占用得非常擁擠，而有 些授權(quán)頻段則經(jīng)?？臻e。因此，能夠?qū)Σ豢稍偕念l譜資源實(shí)現(xiàn)再利用的頻譜共享技術(shù) 近幾年受到人們的廣泛關(guān)注?，F(xiàn)有的頻譜共享技術(shù)，如工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)用(Industrial Scientific and Medical, ISM)頻段非授權(quán)接入、工作于3-lOGHz頻段的超寬帶 (Ultra-Wide Band,UffB)系統(tǒng)與傳統(tǒng)窄帶系統(tǒng)共存等技術(shù)通常應(yīng)用于固定頻段的共享或受 限于發(fā)送功率的短距離通信。這些技術(shù)在提高頻譜利用率的同時(shí)卻增加了干擾，限制了通 信系統(tǒng)的容量和靈活性。認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)(Cognitive Radio, CR)正是針對(duì)無(wú)線通信領(lǐng)域 資源越來(lái)越緊缺的事實(shí)以及無(wú)線系統(tǒng)性能亟待提高的需求，力圖從本質(zhì)上解決問(wèn)題而提出 的。認(rèn)知無(wú)線電也稱感知無(wú)線電，是近幾年興起的無(wú)線通信技術(shù)，它能夠感知當(dāng)前通 信環(huán)境中所有的頻譜使用機(jī)會(huì)。換句話說(shuō)，通過(guò)重組無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)框架，使得認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò) 具有智能化辨識(shí)與改變頻譜使用機(jī)會(huì)的能力。認(rèn)知無(wú)線電從理論上說(shuō)允許在時(shí)間、頻率以 及空間上進(jìn)行多維的頻帶復(fù)用，這將大大降低迫于頻段和帶寬而對(duì)無(wú)線技術(shù)發(fā)展所帶來(lái)的 限制，與以往將特定的頻率分配到特定用途上有很大不同。種種跡象表明，認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò) 具有極高頻譜使用效率，其相關(guān)技術(shù)代表著未來(lái)發(fā)展的方向，已成為在國(guó)際上頗受關(guān)注的 研究課題。例如，美國(guó)政府對(duì)CR的研究相當(dāng)重視，F(xiàn)CC于2003年就提出在電視頻段(北美 為54-862MHz)內(nèi)使用CR技術(shù)。IEEE于2004年成立802. 22工作組，專門研究在不干擾現(xiàn) 存電視頻段的情況下如何充分利用該頻段進(jìn)行無(wú)線通信，制定其物理層和媒體接入控制協(xié) 議。我國(guó)對(duì)CR技術(shù)的研究比起歐美稍晚一些，因此，根據(jù)我國(guó)頻譜分配和應(yīng)用的特點(diǎn)，加速 對(duì)CR技術(shù)的研究，使我國(guó)在這方面擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)智能化無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā) 展是很有意義的。在多跳的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中，次要用戶可利用的空閑頻譜是動(dòng)態(tài)變化的，因此認(rèn) 知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的路由協(xié)議將面對(duì)很多挑戰(zhàn)首先，由于次要用戶可利用的空閑授權(quán)信道 會(huì)隨著授權(quán)用戶的使用而動(dòng)態(tài)變化，因此，路由的建立需要和空閑信道的選擇緊密結(jié)合起 來(lái)；其次，除了用戶的移動(dòng)性可能造成路由失效外，伴隨著授權(quán)用戶對(duì)某個(gè)空閑信道的使 用，正在使用此空閑授權(quán)信道的次要用戶需要迅速放棄此授權(quán)信道，這也將導(dǎo)致路由的失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種將認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中頻譜分配和路由選擇結(jié)合起來(lái)，使 非授權(quán)用戶檢測(cè)并利用空閑的授權(quán)頻譜，旨在減少次要用戶間的通信時(shí)延的基于頻譜樹(shù)的 路由選擇方法。達(dá)到既滿足次要用戶能合理利用授權(quán)頻譜通信，又不干擾授權(quán)用戶正常使 用授權(quán)頻譜的目的。本發(fā)明的具體步驟是第一步驟建立基于空閑信道的頻譜樹(shù)次要用戶根據(jù)對(duì)授權(quán)信道的感知結(jié)果，基于信道利用率(即該信道被授權(quán)用戶使 用的概率)最低的空閑授權(quán)信道建立頻譜樹(shù)。每棵頻譜樹(shù)對(duì)應(yīng)一個(gè)空閑信道，有唯一的根 節(jié)點(diǎn)，根節(jié)點(diǎn)記錄這棵樹(shù)上的所有子節(jié)點(diǎn)用戶信息。為了緩解根節(jié)點(diǎn)的壓力，將次要用戶節(jié) 點(diǎn)就分布在多棵頻譜樹(shù)上，每棵樹(shù)上的子節(jié)點(diǎn)用戶數(shù)目就會(huì)減少，根節(jié)點(diǎn)就只需要記錄少 量的子節(jié)點(diǎn)用戶信息。頻譜樹(shù)的建立是通過(guò)在公用頻段交互控制信息來(lái)實(shí)現(xiàn)的。開(kāi)始時(shí)，每個(gè)次要用戶根據(jù)自身維護(hù)的授權(quán)信道狀態(tài)列表，建立一個(gè)節(jié)點(diǎn)空閑信 道列表。這個(gè)列表記錄當(dāng)前的空閑信道及其利用率，以及本用戶是否為根節(jié)點(diǎn)(以1表示 是，0表示否，開(kāi)始時(shí)設(shè)定為1，即假設(shè)自己是根節(jié)點(diǎn))，是否為交叉節(jié)點(diǎn)(以1表示是，0表 示否，開(kāi)始時(shí)設(shè)定為0，即假設(shè)自己不是交叉節(jié)點(diǎn))。各個(gè)用戶將當(dāng)前的空閑信道及其利用 率封裝入“根節(jié)點(diǎn)發(fā)起信息”，通過(guò)傳統(tǒng)無(wú)線接口向外廣播一次。當(dāng)次要用戶收到其他用戶 發(fā)來(lái)的“根節(jié)點(diǎn)發(fā)起信息”后，分兩個(gè)步驟處理。步驟(一)首先將收到“信息”與自身維護(hù)的授權(quán)信道狀態(tài)列表進(jìn)行對(duì)比(a)如果收到的“信息”中的空閑信道總數(shù)小于自身維護(hù)的授權(quán)信道列表中的空閑 信道總數(shù)，則判斷收到“信息”中的空閑信道是否均包含在自身感知到的空閑信道中是，則確認(rèn)自己是交叉節(jié)點(diǎn)，并將對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)空閑信道表中的交叉節(jié)點(diǎn)字段置為 “1”；否，則不做處理。(b)如果收到的“信息”中的空閑信道總數(shù)不低于自身維護(hù)的授權(quán)信道列表中的空 閑信道總數(shù)，則不做處理。此步驟的目的是判斷節(jié)點(diǎn)是否是交叉節(jié)點(diǎn)。本步驟完成后，進(jìn)行第二個(gè)步驟。步驟(二)將收到“信息”與自身維護(hù)的節(jié)點(diǎn)空閑信道列表進(jìn)行對(duì)比(a)如果收到“信息”中的空閑信道數(shù)小于當(dāng)前節(jié)點(diǎn)空閑信道表中的空閑信道數(shù)， 則直接丟棄。(b)如果相等，則判斷收到的“信息”中的空閑信道與節(jié)點(diǎn)空閑信道列表中的空閑 信道是否相同是，則對(duì)比收到的“信息”中的信道利用率與自身感知到的信道利用率如果收到 的“信息”中的信道利用率不高于自身的感知結(jié)果，則直接丟棄；如果高于自身的感知結(jié)果， 則確定自己不是根節(jié)點(diǎn)，將對(duì)應(yīng)的根節(jié)點(diǎn)字段置為“0”，并將收到的“信息”填入自己的“節(jié) 點(diǎn)空閑信道列表”，此后再將收到的“信息”向外廣播；否，則直接丟棄。(c)如果收到“信息”中的空閑信道數(shù)大于當(dāng)前節(jié)點(diǎn)空閑信道表中的空閑信道數(shù)，則判斷維護(hù)的節(jié)點(diǎn)空閑信道列表中的空閑信道是否均包含在發(fā)來(lái)的“信息”中是，則確定自己不是根節(jié)點(diǎn)，將對(duì)應(yīng)的根節(jié)點(diǎn)字段置為“0”，并將收到的“信息”填 入自己的節(jié)點(diǎn)空閑信道列表，再將收到的“信息”向外廣播；否，則直接丟棄。此步驟中，節(jié)點(diǎn)空閑信道列表將隨著收到的“根節(jié)點(diǎn)發(fā)起信息”而發(fā)生變化，可以 有效防止當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)重復(fù)收到同一個(gè)“根節(jié)點(diǎn)發(fā)起信息”時(shí)，對(duì)周圍鄰居的再次廣播。本步 驟的目的是判斷節(jié)點(diǎn)是否是根節(jié)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)“根節(jié)點(diǎn)發(fā)起信息”的不斷擴(kuò)散，整個(gè)過(guò)程收斂完成后，感知到最大空閑信道 數(shù)或者最小信道利用率的次要用戶成為初始根節(jié)點(diǎn)。根節(jié)點(diǎn)確定后，通過(guò)傳統(tǒng)無(wú)線接口向外廣播“根節(jié)點(diǎn)通告”。其鄰居用戶收到后， 認(rèn)為自己是根節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，根據(jù)自身維護(hù)的授權(quán)信道狀態(tài)列表，從中選擇利用率最低的 信道，回應(yīng)自身的標(biāo)識(shí)號(hào)以及選定的信道給根節(jié)點(diǎn)，同時(shí)將自己的標(biāo)識(shí)號(hào)以及根節(jié)點(diǎn)到本 節(jié)點(diǎn)的代價(jià)函數(shù)添加到“根節(jié)點(diǎn)通告”中，繼續(xù)向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播修改后的“根節(jié)點(diǎn)通告”。該 節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)收到此通告后，記錄此條到達(dá)根節(jié)點(diǎn)的路徑，沿此路徑向根節(jié)點(diǎn)回應(yīng)自己 的標(biāo)識(shí)號(hào)以及選定的信道，并把自己的標(biāo)識(shí)號(hào)以及根節(jié)點(diǎn)到本節(jié)點(diǎn)的代價(jià)函數(shù)添加到“通 告”中，繼續(xù)廣播，直到所有的節(jié)點(diǎn)都收到通告，記錄下到達(dá)根節(jié)點(diǎn)的路徑，并將自己的標(biāo)識(shí) 號(hào)回應(yīng)給根節(jié)點(diǎn)，頻譜樹(shù)就形成了。在頻譜樹(shù)形成的過(guò)程中，可能出現(xiàn)下列情況(a)當(dāng)一個(gè)用戶收到從不同鄰居而來(lái)的具有相同根節(jié)點(diǎn)的多個(gè)“通告”后，選擇到 達(dá)根節(jié)點(diǎn)的代價(jià)函數(shù)最小的鄰居作為自己的上級(jí)節(jié)點(diǎn)。(b)當(dāng)一個(gè)用戶收到來(lái)自不同根節(jié)點(diǎn)的“根節(jié)點(diǎn)通告”，則選擇先收到的“通告”中 的根節(jié)點(diǎn)作為自己的根節(jié)點(diǎn)，對(duì)后收到的“通告”直接丟棄。(c)當(dāng)根節(jié)點(diǎn)收到來(lái)自其他根節(jié)點(diǎn)的“根節(jié)點(diǎn)通告”，則直接丟棄。頻譜樹(shù)形成后，處于頻譜樹(shù)上的非根節(jié)點(diǎn)，在頻譜樹(shù)建立后如果感知到當(dāng)前的空 閑信道數(shù)大于根節(jié)點(diǎn)的感知結(jié)果，并不立刻發(fā)起形成新的樹(shù)。只有大于設(shè)定的門限TH時(shí)， 才向外廣播自己的信息，發(fā)起形成新的頻譜樹(shù)。目的是防止頻繁的更換根節(jié)點(diǎn)，降低形成頻 譜樹(shù)的開(kāi)銷。由于一個(gè)根節(jié)點(diǎn)可能維護(hù)不止一棵頻譜樹(shù)，因此，在一個(gè)周期內(nèi)，同時(shí)維護(hù)多棵頻 譜樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)，要按照次序依次在各個(gè)頻譜樹(shù)對(duì)應(yīng)的空閑信道輪詢工作，以防止了頻繁的 頻譜切換帶來(lái)的開(kāi)銷。第二步驟選擇通信路徑的方法基于頻譜樹(shù)的路由建立過(guò)程通過(guò)以下幾個(gè)控制信息分組實(shí)現(xiàn)，即路由發(fā)起分組、 根節(jié)點(diǎn)響應(yīng)分組、路由請(qǐng)求分組和路由應(yīng)答分組。其中根節(jié)點(diǎn)響應(yīng)分組包含“根節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí) 號(hào)”字段和“是否跨信道”字段，表示源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的路徑是否需要信道切換，以“0”表 示不跨信道，“ 1，，表示跨信道；路由請(qǐng)求分組包含“代價(jià)函數(shù)”字段。源節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)，先看目的節(jié)點(diǎn)是否在源節(jié)點(diǎn)保存的到根節(jié)點(diǎn)的 路徑上(各個(gè)節(jié)點(diǎn)到根節(jié)點(diǎn)的路徑在形成頻譜樹(shù)的過(guò)程中獲取)。如果目的節(jié)點(diǎn)在此條路 徑，則源節(jié)點(diǎn)不用尋路，直接沿此路徑向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。如果目的節(jié)點(diǎn)不在此條路徑， 則源節(jié)點(diǎn)要建立到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由，過(guò)程如下源節(jié)點(diǎn)根據(jù)形成樹(shù)的過(guò)程中保存的到達(dá)根節(jié)點(diǎn)的路徑，通過(guò)自身所在的頻譜樹(shù)對(duì)應(yīng)的空閑信道向自己的根節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由發(fā)起分組，根節(jié)點(diǎn)收到后，檢查目的節(jié)點(diǎn)是否在自 己維護(hù)的子節(jié)點(diǎn)集中(一)目的節(jié)點(diǎn)在根節(jié)點(diǎn)維護(hù)的節(jié)點(diǎn)集中(1)如果目的節(jié)點(diǎn)和源節(jié)點(diǎn)在同一棵頻譜樹(shù)，則根節(jié)點(diǎn)向源節(jié)點(diǎn)回復(fù)根節(jié)點(diǎn)響應(yīng) 分組，將“是否跨信道”字段設(shè)為0。源節(jié)點(diǎn)收到后，發(fā)現(xiàn)目的節(jié)點(diǎn)與自己在同一棵頻譜樹(shù)，于是通過(guò)該頻譜樹(shù)所在的 空閑信道向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由請(qǐng)求分組，中間節(jié)點(diǎn)計(jì)算代價(jià)函數(shù)，即將累計(jì)時(shí)延填入“代價(jià) 函數(shù)”字段，目的節(jié)點(diǎn)收到后，選擇代價(jià)函數(shù)最小的那條路徑，并回應(yīng)路由應(yīng)答分組。源節(jié)點(diǎn) 收到后，路由建立完成。(2)如果目的節(jié)點(diǎn)和源節(jié)點(diǎn)在不同的頻譜樹(shù)，則根節(jié)點(diǎn)向源節(jié)點(diǎn)回應(yīng)根節(jié)點(diǎn)響應(yīng) 分組，將“是否跨信道”字段設(shè)為1。源節(jié)點(diǎn)收到后，發(fā)現(xiàn)目的節(jié)點(diǎn)在自己的根節(jié)點(diǎn)維護(hù)的另一棵頻譜樹(shù)中。于是源節(jié) 點(diǎn)根據(jù)此前保存的到達(dá)根節(jié)點(diǎn)的路徑，將數(shù)據(jù)發(fā)送到根節(jié)點(diǎn)。根節(jié)點(diǎn)收到后，調(diào)整自己的頻 率到目的節(jié)點(diǎn)所在的信道，根據(jù)自己保存的到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路徑，將數(shù)據(jù)傳給目的端。(二)目的節(jié)點(diǎn)不在根節(jié)點(diǎn)維護(hù)的節(jié)點(diǎn)集中根節(jié)點(diǎn)與其他的根節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交互，查詢目的節(jié)點(diǎn)是否在其他的根節(jié)點(diǎn)維護(hù)的子節(jié) 點(diǎn)集中，并看源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)間是否需要跨信道。(1)如果源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)間不需要跨信道，源節(jié)點(diǎn)所在樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)向源節(jié)點(diǎn)回 應(yīng)根節(jié)點(diǎn)響應(yīng)分組，將“根節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)號(hào)”字段設(shè)為目的節(jié)點(diǎn)所在樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)，“是否跨信道” 字段設(shè)為0。源節(jié)點(diǎn)收到后，發(fā)現(xiàn)目的節(jié)點(diǎn)雖然在另一個(gè)根節(jié)點(diǎn)維護(hù)的頻譜樹(shù)中，但是不需要 跨信道就能建立路由。于是通過(guò)源節(jié)點(diǎn)頻譜樹(shù)所在的空閑信道向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由請(qǐng)求分 組，中間節(jié)點(diǎn)計(jì)算代價(jià)函數(shù)，即將累計(jì)時(shí)延填入“代價(jià)函數(shù)”字段，目的節(jié)點(diǎn)收到后，選擇代 價(jià)函數(shù)最小的那條路徑，并回應(yīng)路由應(yīng)答分組。源節(jié)點(diǎn)收到后，路由建立完成。(2)如果源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)間需要跨信道，源節(jié)點(diǎn)所在樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)向源節(jié)點(diǎn)回應(yīng) 根節(jié)點(diǎn)響應(yīng)分組，將“根節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)號(hào)”字段設(shè)為目的節(jié)點(diǎn)所在樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)，“是否跨信道”字 段設(shè)為1。源節(jié)點(diǎn)收到后，發(fā)現(xiàn)目的節(jié)點(diǎn)在另一個(gè)根節(jié)點(diǎn)維護(hù)的頻譜樹(shù)中，而且需要跨信道 才能建立路由。于是通過(guò)源節(jié)點(diǎn)頻譜樹(shù)所在的空閑信道向目的節(jié)點(diǎn)所在樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)發(fā)送路 由請(qǐng)求分組，中間節(jié)點(diǎn)計(jì)算代價(jià)函數(shù)，即將累計(jì)時(shí)延填入“代價(jià)函數(shù)”字段，目的節(jié)點(diǎn)所在樹(shù) 的根節(jié)點(diǎn)收到后，選擇代價(jià)函數(shù)最小的那條路徑，并回應(yīng)路由應(yīng)答分組。源節(jié)點(diǎn)收到后，路 由建立完成。第三步驟保持通信路徑的方法當(dāng)次要用戶間的通信路徑建立后，開(kāi)始數(shù)據(jù)傳輸。如果在次要用戶數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程 中授權(quán)用戶占用信道，將發(fā)生沖突，次要用戶的通信路徑斷裂，要立刻停止數(shù)據(jù)的傳輸，重 新選擇總時(shí)延最短的通信路徑。


附圖為本發(fā)明路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及試?yán)龑?duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，但該實(shí)施例不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明 的限制。1建立基于空閑信道的頻譜樹(shù)開(kāi)始時(shí)，每個(gè)次要用戶根據(jù)自身維護(hù)的授權(quán)信道狀態(tài)列表，建立一個(gè)節(jié)點(diǎn)空閑信 道列表，。這個(gè)列表記錄當(dāng)前的空閑信道及其利用率，以及本用戶是否為根節(jié)點(diǎn)(以1表示 是，0表示否，開(kāi)始時(shí)設(shè)定為1，即假設(shè)自己是根節(jié)點(diǎn))，是否為交叉節(jié)點(diǎn)(以1表示是，0表 示否，開(kāi)始時(shí)設(shè)定為0，即假設(shè)自己不是交叉節(jié)點(diǎn))。各個(gè)用戶將當(dāng)前的空閑信道及其利用 率封裝入“根節(jié)點(diǎn)發(fā)起信息”，通過(guò)傳統(tǒng)無(wú)線接口向外廣播一次?！案?jié)點(diǎn)發(fā)起信息”格式為 <N, X1, V (X1), X2, V (x2)……,xN, V (Xn) >，其中N表示本用戶感知到的空閑信道總數(shù)，X1、X2…… XN表示各個(gè)空閑信道的序號(hào)，V(X1)……V(Xn)表示各個(gè)空閑信道對(duì)應(yīng)的利用率。當(dāng)次要用戶J1收到用戶j2發(fā)來(lái)的“根節(jié)點(diǎn)發(fā)起信息”后，分兩個(gè)步驟處理。步驟(一)首先將收到“信息”與自身維護(hù)的授權(quán)信道狀態(tài)列表進(jìn)行對(duì)比(a)如果收到的“信息”中的空閑信道總數(shù)N(j2)小于自身維護(hù)的授權(quán)信道列表中 的空閑信道總數(shù)，則判斷收到“信息”中的空閑信道是否均包含在J1自身感知到的空閑信道 中是，則確認(rèn)自己是交叉節(jié)點(diǎn)，并將對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)空閑信道表中的交叉節(jié)點(diǎn)字段置為 “1”；否，則不做處理。(b)如果收到的“信息”中的空閑信道總數(shù)N(j2)不低于自身維護(hù)的授權(quán)信道列表 中的空閑信道總數(shù)，則不做處理。此步驟的目的是判斷節(jié)點(diǎn)是否是交叉節(jié)點(diǎn)。本步驟完成后，進(jìn)行第二個(gè)步驟。步驟(二)將收到“信息”與自身維護(hù)的節(jié)點(diǎn)空閑信道列表進(jìn)行對(duì)比(a)如果收到“信息”中的空閑信道數(shù)N(j2)小于當(dāng)前節(jié)點(diǎn)空閑信道表中的空閑信 道數(shù)Na)，則直接丟棄。(b)如果N(j2) = Na)，則判斷收到的“信息”中的空閑信道與丄的節(jié)點(diǎn)空閑信道 列表中的空閑信道是否相同是，則對(duì)比收到的“信息”中的信道利用率與自身感知到的信道利用率如果收到 的“信息”中的信道利用率不高于自身的感知結(jié)果，則直接丟棄；如果高于自身的感知結(jié)果， 則確定自己不是根節(jié)點(diǎn)，將對(duì)應(yīng)的根節(jié)點(diǎn)字段置為“0”，并將收到的“信息”填入自己的“節(jié) 點(diǎn)空閑信道列表”，此后再將收到的“信息”向外廣播；否，則直接丟棄。(c)如果N(j2)>Na)，則判斷J1維護(hù)的節(jié)點(diǎn)空閑信道列表中的空閑信道是否均包 含在j2發(fā)來(lái)的“信息”中是，則確定自己不是根節(jié)點(diǎn)，將對(duì)應(yīng)的根節(jié)點(diǎn)字段置為“0”，并將收到的“信息”填 入自己的節(jié)點(diǎn)空閑信道列表，再將收到的“信息”向外廣播；否，則直接丟棄。此步驟中，節(jié)點(diǎn)空閑信道列表將隨著收到的“根節(jié)點(diǎn)發(fā)起信息”而發(fā)生變化，可以 有效防止當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)重復(fù)收到同一個(gè)“根節(jié)點(diǎn)發(fā)起信息”時(shí)，對(duì)周圍鄰居的再次廣播。本步驟的目的是判斷節(jié)點(diǎn)是否是根節(jié)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)“根節(jié)點(diǎn)發(fā)起信息”的不斷擴(kuò)散，整個(gè)過(guò)程收斂完成后，感知到最大空閑信道 數(shù)或者最小信道利用率的次要用戶成為初始根節(jié)點(diǎn)。初始根節(jié)點(diǎn)確定后，廣播自身的ID，收到該信息的交叉節(jié)點(diǎn)認(rèn)為自己也是根節(jié)點(diǎn)， 將自己維護(hù)的節(jié)點(diǎn)空閑信道列表中的根節(jié)點(diǎn)字段置為“1”，并廣播自己的ID。這樣，所有的 交叉節(jié)點(diǎn)都確認(rèn)自己是根節(jié)點(diǎn)，同時(shí)獲取其他交叉節(jié)點(diǎn)的ID。這個(gè)過(guò)程從一個(gè)初始根節(jié)點(diǎn)， 得到了多個(gè)根節(jié)點(diǎn)，目的是由多個(gè)根節(jié)點(diǎn)發(fā)起形成多棵樹(shù)，次要用戶得以分布于多棵樹(shù)，每 棵樹(shù)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)量會(huì)減少。當(dāng)業(yè)務(wù)量較大時(shí)，減輕了各個(gè)根節(jié)點(diǎn)的壓力，有利于負(fù)載均衡， 降低了端到端的時(shí)延。根節(jié)點(diǎn)確定后，通過(guò)傳統(tǒng)無(wú)線接口向外廣播“根節(jié)點(diǎn)通告”，格式為<ID_，N, X1, X2,……，XN>，其中ID_是根節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)號(hào)，Xl、……χΝ表示各個(gè)空閑信道的序號(hào)。其鄰居 用戶收到后，認(rèn)為自己是根節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，根據(jù)自身維護(hù)的授權(quán)信道狀態(tài)列表，從Xl、…… Xn中選擇利用率最低的信道序號(hào)，回應(yīng)自身的標(biāo)識(shí)號(hào)以及選定的信道Xi給根節(jié)點(diǎn)，格 式為<Xi，IDj),同時(shí)將自己的鞏以及根節(jié)點(diǎn)到本節(jié)點(diǎn)的代價(jià)函數(shù)A添加到“根節(jié)點(diǎn)通告” 中，繼續(xù)向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播修改后的“根節(jié)點(diǎn)通告”，格式為<IDra。t，Xi, IDj, >，直到所有的節(jié) 點(diǎn)都收到通告，記錄下到達(dá)根節(jié)點(diǎn)的路徑，并將自己的ID回應(yīng)給根節(jié)點(diǎn)，頻譜樹(shù)就形成了。2.選擇通信路徑的方法源節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)，先看目的節(jié)點(diǎn)是否在源節(jié)點(diǎn)保存的到根節(jié)點(diǎn)的 路徑上(各個(gè)節(jié)點(diǎn)到根節(jié)點(diǎn)的路徑在形成頻譜樹(shù)的過(guò)程中獲取)。如果目的節(jié)點(diǎn)在此條路 徑，則源節(jié)點(diǎn)不用尋路，直接沿此路徑向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。如果目的節(jié)點(diǎn)不在此條路徑， 則源節(jié)點(diǎn)要建立到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由，過(guò)程如下源節(jié)點(diǎn)根據(jù)形成樹(shù)的過(guò)程中保存的到達(dá)根節(jié)點(diǎn)的路徑，通過(guò)自身所在的頻譜樹(shù)對(duì) 應(yīng)的空閑信道向自己的根節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由發(fā)起分組，即〈源節(jié)點(diǎn)ID，目的節(jié)點(diǎn)ID，根節(jié)點(diǎn)ID>， 根節(jié)點(diǎn)收到后，檢查目的節(jié)點(diǎn)是否在自己維護(hù)的子節(jié)點(diǎn)集中(一)目的節(jié)點(diǎn)在根節(jié)點(diǎn)維護(hù)的節(jié)點(diǎn)集中(1)如果目的節(jié)點(diǎn)和源節(jié)點(diǎn)在同一棵頻譜樹(shù)，則根節(jié)點(diǎn)向源節(jié)點(diǎn)回復(fù)根節(jié)點(diǎn)響應(yīng) 分組，即〈S (源節(jié)點(diǎn)ID)，D (目的節(jié)點(diǎn)ID)，Rl (根節(jié)點(diǎn)ID)，0 (表示不跨信道)>。源節(jié)點(diǎn)收到后，發(fā)現(xiàn)目的節(jié)點(diǎn)與自己在同一棵頻譜樹(shù)，于是通過(guò)該頻譜樹(shù)所在的 空閑信道向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由請(qǐng)求分組，中間節(jié)點(diǎn)計(jì)算代價(jià)函數(shù)，即將累計(jì)時(shí)延填入“代價(jià) 函數(shù)”字段，目的節(jié)點(diǎn)收到后，選擇代價(jià)函數(shù)最小的那條路徑，并回應(yīng)路由應(yīng)答分組。源節(jié)點(diǎn) 收到后，路由建立完成。(2)如果目的節(jié)點(diǎn)和源節(jié)點(diǎn)在不同的頻譜樹(shù)，則根節(jié)點(diǎn)向源節(jié)點(diǎn)回應(yīng)根節(jié)點(diǎn)響應(yīng) 分組，即〈S (源端ID)，D (目的端ID)，Rl (根節(jié)點(diǎn)ID)，1 (表示跨信道)>。源節(jié)點(diǎn)收到后，發(fā)現(xiàn)目的節(jié)點(diǎn)在自己的根節(jié)點(diǎn)維護(hù)的另一棵頻譜樹(shù)中。于是源節(jié) 點(diǎn)根據(jù)此前保存的到達(dá)根節(jié)點(diǎn)的路徑，將數(shù)據(jù)發(fā)送到根節(jié)點(diǎn)。根節(jié)點(diǎn)收到后，調(diào)整自己的頻 率到目的節(jié)點(diǎn)所在的信道，根據(jù)自己保存的到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路徑，將數(shù)據(jù)傳給目的端。(二)目的節(jié)點(diǎn)不在根節(jié)點(diǎn)維護(hù)的節(jié)點(diǎn)集中根節(jié)點(diǎn)與其他的根節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交互，查詢目的節(jié)點(diǎn)是否在其他的根節(jié)點(diǎn)維護(hù)的子節(jié) 點(diǎn)集中，并看源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)間是否需要跨信道。
(1)如果源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)間不需要跨信道，源節(jié)點(diǎn)所在樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)Rl向源節(jié)點(diǎn) 回應(yīng)根節(jié)點(diǎn)響應(yīng)分組，即〈S (源端ID)，Dl (目的端ID)，R2 (根節(jié)點(diǎn)ID)，0 (不跨信道)>，注 意其中的根節(jié)點(diǎn)為目的節(jié)點(diǎn)所在樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)R2。源節(jié)點(diǎn)收到后，發(fā)現(xiàn)目的節(jié)點(diǎn)雖然在另一個(gè)根節(jié)點(diǎn)維護(hù)的頻譜樹(shù)中，但是不需要 跨信道就能建立路由。于是通過(guò)源節(jié)點(diǎn)頻譜樹(shù)所在的空閑信道向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由請(qǐng)求分 組，中間節(jié)點(diǎn)計(jì)算代價(jià)函數(shù)，即將累計(jì)時(shí)延填入“代價(jià)函數(shù)”字段，目的節(jié)點(diǎn)收到后，選擇代 價(jià)函數(shù)最小的那條路徑，并回應(yīng)路由應(yīng)答分組。源節(jié)點(diǎn)收到后，路由建立完成。(2)如果源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)間需要跨信道，源節(jié)點(diǎn)所在樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)向源節(jié)點(diǎn)回應(yīng) 根節(jié)點(diǎn)響應(yīng)分組，即〈S (源端ID)，D2 (目的端ID)，R2 (根節(jié)點(diǎn)ID)，1 (不跨信道) >，注意其 中的根節(jié)點(diǎn)為目的節(jié)點(diǎn)所在樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)。源節(jié)點(diǎn)收到后，發(fā)現(xiàn)目的節(jié)點(diǎn)在另一個(gè)根節(jié)點(diǎn)維護(hù)的頻譜樹(shù)中，而且需要跨信道 才能建立路由。于是通過(guò)源節(jié)點(diǎn)頻譜樹(shù)所在的空閑信道向目的節(jié)點(diǎn)所在樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)R2發(fā) 送路由請(qǐng)求分組，中間節(jié)點(diǎn)計(jì)算代價(jià)函數(shù)，即將累計(jì)時(shí)延填入“代價(jià)函數(shù)”字段，目的節(jié)點(diǎn)所 在樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)R2收到后，選擇代價(jià)函數(shù)最小的那條路徑，并回應(yīng)路由應(yīng)答分組。源節(jié)點(diǎn)收 到后，到達(dá)R2的路由建立完成。此后，源節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)傳輸給R2。目的節(jié)點(diǎn)所在樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)R2收到數(shù)據(jù)后，根據(jù)自己保存的到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路徑， 將數(shù)據(jù)傳給目的端。3保持通信路徑的方法當(dāng)次要用戶間的通信路徑建立后，開(kāi)始數(shù)據(jù)傳輸。如果在次要用戶數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程 中授權(quán)用戶占用信道，將發(fā)生沖突，次要用戶的通信路徑斷裂，要立刻停止數(shù)據(jù)的傳輸，重 新選擇總時(shí)延最短的通信路徑。本說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容術(shù)語(yǔ)本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中基于樹(shù)的路由選擇方法，其具體步驟是第一步驟建立基于空閑信道的頻譜樹(shù)次要用戶根據(jù)對(duì)授權(quán)信道的感知結(jié)果，基于信道利用率最低的空閑授權(quán)信道建立頻譜樹(shù)。每棵頻譜樹(shù)占用一個(gè)空閑信道，有唯一的根節(jié)點(diǎn)，根節(jié)點(diǎn)記錄這棵樹(shù)上的所有子節(jié)點(diǎn)用戶信息。在樹(shù)的建立過(guò)程中，以多個(gè)根節(jié)點(diǎn)來(lái)發(fā)起形成多棵頻譜樹(shù)，這樣眾多節(jié)點(diǎn)被分布在多棵頻譜樹(shù)上，緩解了根節(jié)點(diǎn)的壓力。第二步驟選擇通信路徑的方法當(dāng)次要用戶間需要通信時(shí)，源節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由請(qǐng)求給所在樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)，根節(jié)點(diǎn)收到路由請(qǐng)求后，查找目的節(jié)點(diǎn)所在的頻譜樹(shù)。將查詢結(jié)果回應(yīng)給源節(jié)點(diǎn)。源節(jié)點(diǎn)收到后，根據(jù)下式選擇傳輸時(shí)延最小的路徑作為通信路徑。其中D表示源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的總時(shí)延，di表示數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)某條鏈路i上的傳輸時(shí)延(由包長(zhǎng)和鏈路速率決定)，ti表示數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)某個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到某條鏈路i前的排隊(duì)時(shí)延，Dswich表示信道切換的時(shí)延，n表示整條路徑上信道切換的次數(shù)，m表示源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)。第三步驟保持通信路徑的方法當(dāng)次要用戶間的通信路徑建立后，開(kāi)始數(shù)據(jù)傳輸。如果在次要用戶數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中授權(quán)用戶占用信道，將發(fā)生沖突，次要用戶的通信路徑斷裂，要立刻停止數(shù)據(jù)的傳輸，將轉(zhuǎn)入步驟一，重新選擇總時(shí)延最短的通信路徑。FSA00000271174700011.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中基于樹(shù)的路由選擇方法，其特征在于，所 述對(duì)建立基于空閑信道的頻譜樹(shù)的步驟1中，頻譜樹(shù)的建立是通過(guò)交互控制信息來(lái)實(shí)現(xiàn) 的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中基于樹(shù)的路由選擇方法，其特征在于，所 述對(duì)建立基于空閑信道的頻譜樹(shù)的步驟1中，選擇監(jiān)聽(tīng)到最多空閑信道或者信道利用率最 低的次要用戶作為初始根節(jié)點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中基于樹(shù)的路由選擇方法，其特征在于，所 述對(duì)建立基于空閑信道的頻譜樹(shù)的步驟1中，由最初唯一的初始根節(jié)點(diǎn)，產(chǎn)生多個(gè)根節(jié)點(diǎn)， 以發(fā)起形成多棵頻譜樹(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中基于樹(shù)的路由選擇方法，其特征在于，所 述對(duì)建立基于空閑信道的頻譜樹(shù)的步驟1中，非根節(jié)點(diǎn)用戶選擇最先收到的根節(jié)點(diǎn)“通告 信息”中的根節(jié)點(diǎn)作為自己的根節(jié)點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中基于樹(shù)的路由選擇方法，其特征在于，所 述對(duì)建立基于空閑信道的頻譜樹(shù)的步驟1中，頻譜樹(shù)建立后，只有當(dāng)非根節(jié)點(diǎn)用戶感知到 當(dāng)前的空閑信道數(shù)大于根節(jié)點(diǎn)感知到的空閑信道數(shù)，而且大于預(yù)先設(shè)定的門限時(shí)，才重新 發(fā)起形成頻譜樹(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中基于樹(shù)的路由選擇方法，其特征在于，所述選擇通信路徑的方法的步驟2中，當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)在源節(jié)點(diǎn)保存的到根節(jié)點(diǎn)的“樹(shù)枝”上時(shí)， 源節(jié)點(diǎn)無(wú)需建立路由，根據(jù)樹(shù)枝上的路徑直接與目的節(jié)點(diǎn)通信。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中基于樹(shù)的路由選擇方法，其特征在于，所 述選擇通信路徑的方法的步驟2中，目的節(jié)點(diǎn)在源節(jié)點(diǎn)的根維護(hù)的另一棵頻譜樹(shù)上時(shí)，源 節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)將通過(guò)自身根節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中基于樹(shù)的路由選擇方法，其特征在于，所 述選擇通信路徑的方法的步驟2中，目的節(jié)點(diǎn)在其他根節(jié)點(diǎn)維護(hù)的另一棵頻譜樹(shù)上時(shí)，源 節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)將通過(guò)其他根節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中基于頻譜樹(shù)的路由選擇方法。在分布式自組織網(wǎng)絡(luò)中，次要(非授權(quán))用戶根據(jù)對(duì)授權(quán)信道的感知結(jié)果，基于信道利用率最低的授權(quán)信道形成頻譜樹(shù)。在樹(shù)的形成過(guò)程中，以多棵用戶節(jié)點(diǎn)較少的頻譜樹(shù)代替一顆用戶節(jié)點(diǎn)較多的頻譜樹(shù)，使眾多用戶節(jié)點(diǎn)分布于多棵樹(shù)，有效降低了每棵樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)負(fù)載。根據(jù)形成的頻譜樹(shù)以及基于最小時(shí)延的路由度量標(biāo)準(zhǔn)，建立起路由以完成次要用戶間的通信。
文檔編號(hào)H04W40/02GK101938805SQ20101028261
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月16日
發(fā)明者劉元安, 劉凱明, 唐碧華, 李莉, 翟臨博, 謝剛, 高錦春, 黎淑蘭 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)