專利名稱：認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中基于主用戶保護(hù)的路由和時(shí)隙分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在分布式認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中次級(jí)用戶節(jié)點(diǎn)間的路由和時(shí)隙的分配方法和機(jī)制，特別是提供了一種基于主用戶保護(hù) 的分布式路由和時(shí)隙分配方法。
背景技術(shù)：
隨著移動(dòng)通信用戶和業(yè)務(wù)量的急劇增加，現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)的頻率資源利用已接近極限。然而，在一些電視頻段，頻譜資源的利用率卻十分低下。認(rèn)知無(wú)線電就是為了解決頻譜資源的有效利用問(wèn)題而提出的一種智能的無(wú)線通信技術(shù)。在認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中，次級(jí)用戶(Secondary Users, SUs)可以在不對(duì)主用戶(Primary Users, PUs)造成過(guò)量干擾的情況下，使用主用戶的頻譜進(jìn)行通信。在現(xiàn)有的關(guān)于認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研究中，主要是針對(duì)Overlay的頻譜使用模式。在Overlay模式下,次級(jí)用戶需要感知主用戶的頻譜空穴。當(dāng)次級(jí)用戶發(fā)現(xiàn)主用戶不使用授權(quán)頻帶時(shí)進(jìn)行頻譜的接入。但是在Overlay模式下SUs不僅需要具有精準(zhǔn)的頻譜感知能力(這對(duì)SUs的天線設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的挑戰(zhàn))，而且需要占用部分可用時(shí)隙進(jìn)行頻譜感知。次級(jí)用戶的另一種頻譜使用方式是Underlay模式，在該模式下次級(jí)用戶可以在不超過(guò)主用戶干擾門限的前提下使用主用戶的頻譜。這種模式下次級(jí)用戶不需要進(jìn)行精確的頻譜感知，但是需要進(jìn)行接入或者功率控制，以避免對(duì)主用戶造成過(guò)量的干擾。同時(shí)，為了進(jìn)一步降低對(duì)主用戶的影響，次級(jí)用戶必須降低發(fā)射功率，這就要求次級(jí)用戶必須組成具有多跳性質(zhì)的認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)。在認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，由于節(jié)點(diǎn)之間的接入沖突以及并發(fā)傳輸會(huì)使得對(duì)主用戶的干擾累積值超過(guò)門限，因此次級(jí)用戶需要使用時(shí)隙化的接入機(jī)制，并通過(guò)合理的選擇自己的通信時(shí)隙從而避免接入沖突、減小并發(fā)傳輸對(duì)主用戶造成的干擾累積值。在認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中次級(jí)用戶的路徑和時(shí)隙分配策略的求解本身是個(gè)N-P難問(wèn)題?，F(xiàn)有的通過(guò)混合整數(shù)規(guī)劃模型求解的方法是屬于集中式的解法，不僅復(fù)雜度高而且求解效果不理想，也有文獻(xiàn)給出了一種考慮次級(jí)用戶和主用戶覆蓋范圍交疊的面積最小為測(cè)度的路由策略，但是其路由測(cè)度沒(méi)有考慮次級(jí)用戶的吞吐量，導(dǎo)致次級(jí)用戶網(wǎng)絡(luò)吞吐量低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決在不對(duì)主用戶造成過(guò)量干擾的前提下，認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的次級(jí)用戶通過(guò)合理選擇路徑和時(shí)隙，以獲得盡量高的吞吐量的問(wèn)題；鑒于此，本發(fā)明提出了一種分布式的路由和時(shí)隙分配方案，節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)局部信息的交互，可以尋找到既能滿足主用戶干擾門限限制同時(shí)又能夠增大次級(jí)用戶吞吐量的路由和時(shí)隙分配方法。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其特殊之處在于以下步驟之中I)綜合次級(jí)用戶對(duì)主用戶干擾和次級(jí)用戶吞吐量這兩個(gè)因素，設(shè)計(jì)路徑測(cè)度，進(jìn)行反應(yīng)式路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程；2)在已經(jīng)選定的路徑上對(duì)路徑的瓶頸容量鏈路進(jìn)行迭代分配時(shí)隙，提升次級(jí)用戶的吞吐量。在上述方案中，步驟I)的具體操作如下1-1)需要通信的認(rèn)知源節(jié)點(diǎn)S初始化路由請(qǐng)求消息RREQ (Route REQuest)中的路徑測(cè)度值PCost置為O并使用控制收發(fā)機(jī)在公共控制信道上廣播該RREQ;1-2)當(dāng)中間節(jié)點(diǎn)j收到從節(jié)點(diǎn)i發(fā)送的請(qǐng)求消息RREQ時(shí)，計(jì)算鏈路Iu的鏈路測(cè)度
權(quán)利要求
1.一種認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中基于主用戶保護(hù)的路由和時(shí)隙分配方法，其特征在于，包括如下步驟 1)需要通信的認(rèn)知源節(jié)點(diǎn)初始化路徑測(cè)度為O，定義路徑測(cè)度為路徑中所有鏈路測(cè)度的和；發(fā)送路由請(qǐng)求包RREQ ； 2)當(dāng)中間節(jié)點(diǎn)j收到從節(jié)點(diǎn)i發(fā)送的請(qǐng)求消息RREQ時(shí)，計(jì)算鏈路Iu的鏈路測(cè)度； 3)判斷該節(jié)點(diǎn)j是否為目的節(jié)點(diǎn)如果是，則選擇路徑測(cè)度最小的路徑，并發(fā)送路由回復(fù)包RREP，繼續(xù)執(zhí)行步驟4);如不是，則更新路徑鏈路測(cè)度并進(jìn)行RREQ的轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)建立反向路由回到步驟2)； 4)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)接收到RREP后，該節(jié)點(diǎn)首先判斷自己是否為源節(jié)點(diǎn)如果是，則RREP數(shù)據(jù)包中包含的路徑即為選定的路徑，執(zhí)行步驟5)到步驟7)中的時(shí)隙分配算法；如不是則將節(jié)點(diǎn)信息添加進(jìn)RREP包，沿反向路徑轉(zhuǎn)發(fā)RREP包，返回步驟4)； 5)初始化所述選定路徑中每個(gè)鏈路的平均吞吐量AvrCap(Iij)； 6)更新所述選定路徑上每條鏈路在時(shí)隙周期內(nèi)的平均吞吐量，并取其中平均吞吐量最小的鏈路為瓶頸鏈路Iij ; 7)判斷所述瓶頸鏈路Iij在可用時(shí)隙內(nèi)工作是否會(huì)使累計(jì)干擾超過(guò)主用戶門限，如果存在一個(gè)可用時(shí)隙t使得該瓶頸鏈路對(duì)主用戶的累積干擾功率低于主用戶的干擾門限，則將該時(shí)隙分配給該瓶頸鏈路，并記鏈路在該時(shí)隙內(nèi)的吞吐量等于鏈路的容量，即fut=Cap(lu)，返回步驟6);否則，時(shí)隙分配結(jié)束，執(zhí)行步驟8)； 8)源節(jié)點(diǎn)將時(shí)隙分配結(jié)果通過(guò)時(shí)隙分配包發(fā)送給鏈路上的各個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)源節(jié)點(diǎn)收到確認(rèn)包之后，進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中基于主用戶保護(hù)的路由和時(shí)隙分配方法，其特征在于 所述步驟4)中的“更新路徑測(cè)度并進(jìn)行RREQ的轉(zhuǎn)發(fā)”具體為需要通信的認(rèn)知源節(jié)點(diǎn)s初始化路由請(qǐng)求消息RREQ (中的路徑測(cè)度值PCost置為O ;鏈路Iu的鏈路測(cè)度為
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中基于主用戶保護(hù)的路由和時(shí)隙分配方法，其特征在于，所述步驟6)的具體方法如下 計(jì)算每條鏈路的容量Cap (Iij)為
全文摘要
本發(fā)明針對(duì)分布式認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)提供了一種基于主用戶保護(hù)的路由和時(shí)隙分配方法。該方法首先通過(guò)設(shè)計(jì)合理的鏈路測(cè)度和路由信息傳播機(jī)制為網(wǎng)絡(luò)中的次級(jí)用戶尋找一條源到目的節(jié)點(diǎn)的通信路徑；然后在考慮不對(duì)主用戶造成過(guò)量干擾的前提下，利用時(shí)隙分配方法對(duì)路徑中的吞吐量瓶頸鏈路進(jìn)行增流，從而提高網(wǎng)絡(luò)中次級(jí)用戶的吞吐量。該方法通過(guò)路由和時(shí)隙的合理分配，能夠解決分布式認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的次級(jí)用戶和主用戶同時(shí)使用主用戶的授權(quán)頻帶而不對(duì)主用戶造成過(guò)量干擾的問(wèn)題。理論分析和仿真結(jié)果表明同現(xiàn)有的路由算法相比，該方法可以降低計(jì)算復(fù)雜度的同時(shí)有效地提升次級(jí)用戶的吞吐量。
文檔編號(hào)H04W16/10GK102724669SQ20121019092
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月11日
發(fā)明者任品毅, 孫黎, 杜清河, 王熠晨, 陳浩, 齊備 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)