本發(fā)明屬于無線通信領(lǐng)域，特別涉及一種分布式拓?fù)淇刂品椒ǎ捎糜谡J(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)。

背景技術(shù)：

認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種充滿發(fā)展?jié)摿Φ臒o線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，該網(wǎng)絡(luò)除了具有傳統(tǒng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的自組織、自配置、自適應(yīng)能力之外，還具有對頻譜資源的感知、機(jī)會接入以及動態(tài)分配的能力，能夠靈活地用于各種無固定通信基礎(chǔ)設(shè)施支撐的環(huán)境，提高現(xiàn)有頻帶資源的利用率。

在認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，用戶分為兩類，一類是主用戶，另一類是次用戶，其中主用戶享有信道的優(yōu)先使用權(quán)。當(dāng)主用戶使用某一信道時，干擾到主用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇斡脩舯仨毲袚Q到其他可用的信道來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，但這樣的切換降低了次用戶網(wǎng)絡(luò)的連通性，嚴(yán)重時會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的分割，從而發(fā)生分組傳輸?shù)臅r延和中斷。因此，需要優(yōu)化認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來保證網(wǎng)絡(luò)的連通性。為了減小主用戶對次用戶網(wǎng)絡(luò)連通性的影響，研究者已經(jīng)提出了一些拓?fù)淇刂扑惴?，如XiJun Wang等作者在IEEE JASC 2014上發(fā)表的文章“Achieving Bi-Channel-Connectivity with Topology Control in Cognitive Radio Network”。XiJun Wang等的算法可以保證次用戶網(wǎng)絡(luò)的連通，并且能夠消除次用戶之間的干擾。但是這種方法缺乏與先進(jìn)干擾管理技術(shù)相結(jié)合的手段，消耗了過多的信道資源，使得網(wǎng)絡(luò)的頻譜利用率很難得到進(jìn)一步的提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，提出一種基于串行干擾消除的分布式拓?fù)淇刂品椒ǎ糜诒ＷC次用戶網(wǎng)絡(luò)的連通性，消除次用戶之間的干擾，減少信道的使用個數(shù)，提升網(wǎng)絡(luò)的頻譜利用率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案包括如下：

(1)初始化網(wǎng)絡(luò)為k點(diǎn)連通，k≥2，網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點(diǎn)u分別獲得一跳和兩跳鄰接點(diǎn)的序列號和位置信息；

(2)根據(jù)序列號和位置信息建立局部兩跳拓?fù)渥訄DG_u，并計算G_u中任意兩個有連接關(guān)系的節(jié)點(diǎn)x,y之間的鏈路能耗權(quán)重w_p(x,y)和鏈路共存權(quán)重w_c(x,y)；

(3)判斷上述局部兩跳拓?fù)渥訄DG_u中任意兩個有連接關(guān)系的節(jié)點(diǎn)x,y之間的鏈路是否能與主用戶鏈路在同一信道上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸：若是，則將該鏈路放入鏈路共存集合CL_u，即CL_u＝CL_u∪(x,y)，否則，則不放入鏈路共存集合CL_u；

(4)網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點(diǎn)u構(gòu)建局部連通子圖S_u：

(4a)初始化每個節(jié)點(diǎn)局部連通子圖S_u的節(jié)點(diǎn)集合V(S_u)為局部兩跳拓?fù)渥訄DG_u中的所有節(jié)點(diǎn)，初始化每個節(jié)點(diǎn)局部連通子圖S_u的邊集合E(S_u)為空集；

(4b)基于上述局部兩跳拓?fù)渥訄DG_u，每個節(jié)點(diǎn)u根據(jù)鏈路能耗權(quán)重w_p(x,y)，構(gòu)建以u為根，遍及局部兩跳拓?fù)渥訄D中G_u所有節(jié)點(diǎn)的最短路徑樹T_u＝(V(T_u),E(T_u))，并將E(T_u)記錄到局部連通子圖S_u的邊集合E(S_u)中，即其中V(T_u)＝V(G_u)為最短路徑樹T_u的節(jié)點(diǎn)集合，E(T_u)為T_u的邊集合；

(5)根據(jù)局部兩跳拓?fù)渥訄DG_u，判斷節(jié)點(diǎn)u的出邊所對應(yīng)的鏈路中是否存在兩條或者兩條以上的鏈路屬于鏈路共存集合CL_u：若是，則執(zhí)行步驟(6)，否則，執(zhí)行步驟(7)；

(6)網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)構(gòu)建第一沖突子圖LS_u，并根據(jù)LS_u構(gòu)建第一局部生成子圖T_u′：

(6a)網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)u根據(jù)最短路徑樹T_u找到與自己沖突的節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成沖突節(jié)點(diǎn)集CN_u，并初始化第一沖突子圖LS_u＝(V(LS_u),E(LS_u))，其中LS_u的邊集合為E(LS_u)＝{(a,b)|a,b∈u∪CN_u,(a,b)∈E(G_u)}，LS_u的節(jié)點(diǎn)集合為V(LS_u)＝u∪CN_u；

(6b)每個節(jié)點(diǎn)u判斷各自的第一沖突子圖LS_u是否連通：若是，則節(jié)點(diǎn)u根據(jù)鏈路共存權(quán)重w_c(x,y)，在LS_u上構(gòu)建局部第一局部生成子圖T_u′，否則，節(jié)點(diǎn)u用斯坦納生成樹法在G_u上構(gòu)建第一局部生成子圖T_u′；

(6c)節(jié)點(diǎn)u將步驟(6b)中生成的第一局部生成子圖T_u′的邊集合E(T_u′)記錄到局部連通子圖S_u的邊集合E(S_u)中，即將T_u′的節(jié)點(diǎn)集合V(T_u′)記錄到局部連通子圖S_u的節(jié)點(diǎn)集合V(S_u)中，即將T_u′的節(jié)點(diǎn)集合V(T_u′)記錄到邏輯沖突鄰居集LCN_u中，即節(jié)點(diǎn)u通過洪泛的方式把LCN_u和E(S_u)的拓?fù)湫畔l(fā)送給S_u中的所有節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行步驟(8)；

(7)網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)u構(gòu)建第二沖突子圖CS_u，并根據(jù)CS_u構(gòu)建第二局部生成子圖T_u″：

(7a)網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)u根據(jù)最短路徑樹T_u找到與自己沖突的節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成沖突節(jié)點(diǎn)集CN_u，并初始化第二沖突子圖CS_u＝(V(CS_u),E(CS_u))，其中CS_u的節(jié)點(diǎn)集合為V(CS_u)＝CN_u，邊集合為E(CS_u)＝{(c,d)|c,d∈CN_u,(c,d)∈E(G_u)}；

(7b)每個節(jié)點(diǎn)u檢測各自的第二沖突子圖CS_u是否連通：若是，節(jié)點(diǎn)u根據(jù)鏈路共存權(quán)重w_c(x,y)在CS_u上構(gòu)建第二局部生成子圖T_u″，否則，節(jié)點(diǎn)u用斯坦納生成樹法在G_u\u上構(gòu)建第二局部生成子圖T_u″；

(7c)節(jié)點(diǎn)u將步驟(7b)中生成的第二局部生成子圖T_u″的邊集合E(T_u″)記錄到局部連通子圖S_u的邊集合E(S_u)中，即將T_u″的節(jié)點(diǎn)集合V(T_u″)記錄到局部連通子圖S_u的節(jié)點(diǎn)集合V(S_u)中，即將T_u″的節(jié)點(diǎn)集合V(T_u″)記錄到邏輯沖突鄰居集LCN_u中，即節(jié)點(diǎn)u通過洪泛的方式把LCN_u和E(S_u)的拓?fù)湫畔l(fā)送給S_u中的所有節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行步驟(8)；

(8)每個節(jié)點(diǎn)u根據(jù)其他節(jié)點(diǎn)發(fā)來的拓?fù)湫畔⒏伦约旱木植窟B通子圖S_u和邏輯沖突鄰居集LCN_u，將局部連通子圖S_u上的一跳鄰節(jié)點(diǎn)v作為邏輯鄰節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成邏輯鄰節(jié)點(diǎn)集LN_u＝{v∈V(S_u)|(u,v)∈E(S_u)}；

(9)網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點(diǎn)u確定自己的發(fā)射功率，即將發(fā)射功率調(diào)整為能夠覆蓋到所有邏輯鄰節(jié)點(diǎn)集所需要的功率：

(10)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的局部連通子圖S_u生成最終的全網(wǎng)拓?fù)銰＝(V(G),E(G))，其中V(G)為網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)，E(G)每個節(jié)點(diǎn)與自己的邏輯鄰節(jié)點(diǎn)間的鏈路，即E(G)＝{(u,v)|u∈V(G),v∈LN_u}；

(11)使用貪婪染色算法對已構(gòu)建的最終全網(wǎng)拓?fù)銰中的每個節(jié)點(diǎn)u進(jìn)行信道分配。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)本發(fā)明聯(lián)合串行干擾消除，功率控制和信道分配，消除了主用戶的干擾，提高了次用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒Ω怕剩煌ㄟ^功率控制使得次用戶能夠和主用戶同時進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和接收，從而在保證次用戶網(wǎng)絡(luò)的連通性的同時，提升了頻譜利用率；通過信道分配給相互干擾的次用戶分配不同的信道，從而消除了次用戶之間的干擾。

2)本發(fā)明通過功率控制構(gòu)建適合信道分配的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，避免了高復(fù)雜度的連通性判斷；

3)本發(fā)明通過聯(lián)合認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的次用戶和主用戶在同一信道上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，進(jìn)一步提高了頻率利用率，在保證認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)連通性的前提下，進(jìn)一步減少了認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)所需的信道數(shù)目，提高了網(wǎng)絡(luò)整體的魯棒性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)總流程圖；

圖2為本發(fā)明中構(gòu)建局部生成子圖的子流程圖；

圖3為本發(fā)明中節(jié)點(diǎn)u拓?fù)錁?gòu)建的示例圖；

圖4為用本發(fā)明和現(xiàn)有的DBCC得到的平均信道數(shù)的仿真對比圖；

圖5為用本發(fā)明和現(xiàn)有的DBCC得到的平均獨(dú)立路徑數(shù)的仿真對比圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明使用網(wǎng)絡(luò)場景包括一對主用戶和一個認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)以及K個可用信道，其中，主用戶包括一個主用戶發(fā)送端和一個主用戶接收端，所有的次用戶受到同一對主用戶的影響，主用戶可使用K個信道中的任意一個信道，在主用戶占用了某一信道時，次用戶只有在不干擾主用戶傳輸?shù)那闆r下才能使用此信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，主用戶可以通過廣播獲得所有次用戶的地理位置，主用戶發(fā)送功率P_PU在整個拓?fù)淇刂七^程中保持不變。

認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，由n個分布在二維平面區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)組成，每個節(jié)點(diǎn)代表一個次用戶，且具有唯一的序列號，并可以通過GPS定位技術(shù)來獲取位置信息，每個節(jié)點(diǎn)可以在K個信道中任意一個信道中發(fā)送數(shù)據(jù)，同時在其他所有信道上偵聽數(shù)據(jù)，除此之外每個節(jié)點(diǎn)在物理結(jié)構(gòu)、初始設(shè)置、功能特性、參數(shù)指標(biāo)等方面不存在任何差異，在該網(wǎng)絡(luò)中，任意節(jié)點(diǎn)間的無線信道為加性高斯白噪聲信道，節(jié)點(diǎn)通過全向天線與周圍節(jié)點(diǎn)通信，最大發(fā)射功率均為P_max，任意節(jié)點(diǎn)u的發(fā)射功率P_u可以在最小和最大之間連續(xù)調(diào)節(jié)，即0≤P_u≤P_max，傳輸半徑r為節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率的傳輸距離，任意兩個節(jié)點(diǎn)之間存在無線鏈路的充要條件是它們之間的歐式距離小于或等于節(jié)點(diǎn)的傳輸半徑r。

參照圖1，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟1，認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點(diǎn)u發(fā)送自己的第一節(jié)點(diǎn)信息HELLO-1包，并接收一跳鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送的第一節(jié)點(diǎn)信息HELLO-1包。

(1a)網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)u以最大發(fā)射功率P_max向u的一跳鄰節(jié)點(diǎn)廣播一次第一節(jié)點(diǎn)信息HELLO-1包，該HELLO-1包中含有節(jié)點(diǎn)u的序列號和節(jié)點(diǎn)u的位置信息；

(1b)網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)u接收一跳鄰節(jié)點(diǎn)以最大發(fā)射功率P_max廣播的HELLO-1包，并根據(jù)收到的HELLO-1包，統(tǒng)計得到自己的一跳鄰節(jié)點(diǎn)集DN_u。

步驟2，網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點(diǎn)u根據(jù)上第一節(jié)點(diǎn)信息HELLO-1包，發(fā)送自己的第二節(jié)點(diǎn)信息HELLO-2包，并接收一跳鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送的HELLO-2包。

(2a)網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)u接收所有一跳鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送的第一節(jié)點(diǎn)信息HELLO-1包，并以最大發(fā)射功率P_max向自己的一跳鄰節(jié)點(diǎn)廣播一次第二節(jié)點(diǎn)信息HELLO-2包，該HELLO-2包含有節(jié)點(diǎn)u的所有一跳鄰節(jié)點(diǎn)的序列號和位置信息；

(2b)網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)u接收一跳鄰節(jié)點(diǎn)以最大發(fā)射功率P_max廣播的第二節(jié)點(diǎn)信息HELLO-2包，并根據(jù)收到的HELLO-1包，統(tǒng)計得到自己的二跳鄰節(jié)點(diǎn)集EN_u。

步驟3，網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點(diǎn)u構(gòu)建自己的局部兩跳拓?fù)渥訄DG_u并計算G_u中任意兩個有連接關(guān)系的節(jié)點(diǎn)x,y之間的鏈路能耗權(quán)重w_p(x,y)和鏈路共存權(quán)重w_c(x,y)。

(3a)網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)u根據(jù)接收到的一跳鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送的HELLO-1和HELLO-2包信息，獲取并記錄自己的兩跳鄰節(jié)點(diǎn)v₂的序列號和位置信息，其中v₂∈EN_u,同時將EN_u的所有節(jié)點(diǎn)賦予給局部兩跳拓?fù)渥訄DG_u的節(jié)點(diǎn)集合V(G_u)，即

(3b)每個節(jié)點(diǎn)u根據(jù)自己的位置信息以及兩跳鄰節(jié)點(diǎn)的位置信息，計算任意兩個節(jié)點(diǎn)x,y之間直接傳輸所需要的最小發(fā)射功率其中，x,y∈V(G_u)，β為接收信噪比門限值，其根據(jù)接收機(jī)的靈敏度和誤碼率要求確定；α為路徑損耗因子，d_x,y是節(jié)點(diǎn)x,y之間的歐式距離；

(3c)若P_x,y小于節(jié)點(diǎn)u的最大發(fā)射功率P_max，則確定節(jié)點(diǎn)x,y之間存在連接關(guān)系，否則，節(jié)點(diǎn)x,y之間不存在連接關(guān)系；

(3d)每個節(jié)點(diǎn)u根據(jù)兩跳鄰節(jié)點(diǎn)之間的連接關(guān)系，建立局部兩跳拓?fù)渥訄DG_u＝(V(G_u),E(G_u))，其中局部兩跳拓?fù)渥訄DG_u的節(jié)點(diǎn)集合為V(G_u)＝EN_u∪{u}，G_u的邊集合為其中是節(jié)點(diǎn)之間的歐式距離；

(3e)局部兩跳拓?fù)渥訄DG_u中任意兩個有連接關(guān)系的節(jié)點(diǎn)x,y之間的鏈路能耗權(quán)重w_p(x,y)，按照下式計算：

w_p(x,y)＝P_x,y，

其中，x,y∈V(G_u)，P_x,y為任意兩個有連接關(guān)系的節(jié)點(diǎn)x,y之間直接傳輸所需要的最小發(fā)送功率，按照下式計算：

$P_{x,y}={\mathrm{\βd}}_{x,y}^{\mathrm{\α}},$

其中，β為接收信噪比門限值，其根據(jù)接收機(jī)的靈敏度和誤碼率要求確定；α為路徑損耗因子，d_x,y是節(jié)點(diǎn)x,y之間的歐式距離；

(3f)局部兩跳拓?fù)渥訄DG_u中任意兩個有連接關(guān)系的節(jié)點(diǎn)x,y之間的鏈路共存權(quán)重w_c(x,y)，按照下式計算：

$w_c(x,y)=d_{x,y}{(1/R_{max})}^{{\mathrm{\ϵ}}_{x,y}},$

其中，x,y∈G_u，d_x,y為節(jié)點(diǎn)x,y間的歐式距離，R_max為節(jié)點(diǎn)的最大傳輸半徑，ε_x,y為鏈路共存因子，當(dāng)鏈路(x,y)屬于鏈路共存集合CL_u時，ε_x,y＝1，否則，ε_x,y＝0。

步驟4，判斷上述局部兩跳拓?fù)渥訄DG_u中任意兩個有連接關(guān)系的節(jié)點(diǎn)x,y之間的鏈路是否能與主用戶鏈路在同一信道上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

(4a)每個節(jié)點(diǎn)u對所有局部兩跳拓?fù)渥訄DG_u中的節(jié)點(diǎn)按度的大小進(jìn)行降序排序，其中節(jié)點(diǎn)的度為該節(jié)點(diǎn)的出邊數(shù)目；

(4b)依照節(jié)點(diǎn)度的次序選擇G_u中的節(jié)點(diǎn)x∈V(G_u)，判斷節(jié)點(diǎn)x在發(fā)送數(shù)據(jù)時是否會對主用戶產(chǎn)生干擾，判斷條件為：

$d_{x,{\mathrm{PU}}_r}\>d_{{\mathrm{PU}}_t,{\mathrm{PU}}_r}{(P_{max}/P_{PU})}^{1/\mathrm{\α}},$

若條件成立，則節(jié)點(diǎn)x在發(fā)送數(shù)據(jù)時不會對主用戶產(chǎn)生干擾，執(zhí)行步驟(4c)，否則，按節(jié)點(diǎn)度的次序?qū)ο乱粋€節(jié)點(diǎn)執(zhí)行步驟(4b)，直到V(G_u)中所有節(jié)點(diǎn)判斷完畢，其中，為節(jié)點(diǎn)x與主用戶接收端PU_r的歐式距離，為主用戶發(fā)送端PU_t與主用戶接收端PU_r的歐式距離，P_PU為主用戶的發(fā)射功率；

(4c)根據(jù)局部兩跳拓?fù)渥訄DG_u找出節(jié)點(diǎn)x的所有一跳鄰居節(jié)點(diǎn)，用這些鄰節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一跳鄰節(jié)點(diǎn)集DN_x，對于該一跳鄰居節(jié)點(diǎn)集DN_x中所有的節(jié)點(diǎn)y∈DN_x，按度的大小進(jìn)行降序排序，并依照該度的次序判斷該一跳鄰居節(jié)點(diǎn)集DN_x中哪些節(jié)點(diǎn)能夠在主用戶存在的情況下，成功接收來自節(jié)點(diǎn)x的數(shù)據(jù)，判斷條件為：

當(dāng)主用戶的干擾強(qiáng)度小于節(jié)點(diǎn)y的接收靈敏度時，判斷條件為：

主用戶的干擾強(qiáng)度強(qiáng)到滿足串?dāng)_干擾消除條件時，判斷條件為：

若上述兩個判斷條件中有一個成立，則鏈路(x,y)能與主用戶鏈路在同一信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并將該鏈路放入鏈路共存集合CL_u，即CL_u＝CL_u∪(x,y)；否則，則不放入鏈路共存集合CL_u，并按照節(jié)點(diǎn)x的所有一跳鄰居節(jié)點(diǎn)集DN_x的度的順序?qū)ο乱粋€一跳鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行判斷，直到節(jié)點(diǎn)x的所有一跳鄰居節(jié)點(diǎn)全部執(zhí)行完畢，為節(jié)點(diǎn)y與主用戶發(fā)送端PU_t的歐式距離。

步驟5，網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點(diǎn)u構(gòu)建局部生成子圖S_u＝(V(S_u),E(S_u))，并確定自己的邏輯鄰節(jié)點(diǎn)。

參照圖2，本步驟的具體實(shí)現(xiàn)如下：

(5a)初始化每個節(jié)點(diǎn)局部連通子圖S_u的節(jié)點(diǎn)集合V(S_u)為局部兩跳拓?fù)渥訄DG_u中的所有節(jié)點(diǎn)，初始化每個節(jié)點(diǎn)局部連通子圖S_u的邊集合E(S_u)為空集；

(5b)基于上述局部兩跳拓?fù)渥訄DG_u，每個節(jié)點(diǎn)u根據(jù)鏈路能耗權(quán)重w_p(x,y)，通過使用Dijkstra算法或Bellman-Ford算法，構(gòu)建以u為根，遍及局部兩跳拓?fù)渥訄D中G_u所有節(jié)點(diǎn)的最短路徑樹T_u＝(V(T_u),E(T_u))，并將E(T_u)記錄到局部連通子圖S_u的邊集合E(S_u)中，即其中V(T_u)＝V(G_u)為最短路徑樹T_u的節(jié)點(diǎn)集合，E(T_u)為T_u的邊集合。

步驟6，根據(jù)局部兩跳拓?fù)渥訄DG_u，判斷節(jié)點(diǎn)u的出邊所對應(yīng)的鏈路中是否存在兩條或者兩條以上的鏈路屬于鏈路共存集合CL_u：若是，則執(zhí)行步驟7，否則，執(zhí)行步驟8。

步驟7，網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)構(gòu)建第一沖突子圖LS_u，并根據(jù)LS_u構(gòu)建第一局部生成子圖T_u′。

(7a)網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)u根據(jù)最短路徑樹T_u找到與自己沖突的節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成沖突節(jié)點(diǎn)集CN_u，并初始化第一沖突子圖LS_u＝(V(LS_u),E(LS_u))，其中LS_u的邊集合為E(LS_u)＝{(a,b)|a,b∈u∪CN_u,(a,b)∈E(G_u)}，LS_u的節(jié)點(diǎn)集合為V(LS_u)＝u∪CN_u；

(7b)每個節(jié)點(diǎn)u判斷各自的第一沖突子圖LS_u是否連通：若是，則節(jié)點(diǎn)u根據(jù)鏈路共存權(quán)重w_c(x,y)，在LS_u上構(gòu)建局部第一局部生成子圖T_u′，否則，節(jié)點(diǎn)u用斯坦納生成樹法在G_u上構(gòu)建第一局部生成子圖T_u′；

(7c)節(jié)點(diǎn)u將步驟(7b)中生成的第一局部生成子圖T_u′的邊集合E(T_u′)記錄到局部連通子圖S_u的邊集合E(S_u)中，即將T_u′的節(jié)點(diǎn)集合V(T_u′)記錄到局部連通子圖S_u的節(jié)點(diǎn)集合V(S_u)中，即將T_u′的節(jié)點(diǎn)集合V(T_u′)記錄到邏輯沖突鄰居集LCN_u中，即節(jié)點(diǎn)u通過洪泛的方式把LCN_u和E(S_u)的拓?fù)湫畔l(fā)送給S_u中的所有節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行步驟(9)。

步驟8，網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)u構(gòu)建第二沖突子圖CS_u，并根據(jù)CS_u構(gòu)建第二局部生成子圖T_u″。

(8a)網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)u根據(jù)最短路徑樹T_u找到與自己沖突的節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成沖突節(jié)點(diǎn)集CN_u，并初始化第二沖突子圖CS_u＝(V(CS_u),E(CS_u))，其中CS_u的節(jié)點(diǎn)集合為V(CS_u)＝CN_u，邊集合為E(CS_u)＝{(c,d)|c,d∈CN_u,(c,d)∈E(G_u)}；

(8b)每個節(jié)點(diǎn)u檢測各自的第二沖突子圖CS_u是否連通：若是，節(jié)點(diǎn)u根據(jù)鏈路共存權(quán)重w_c(x,y)在CS_u上構(gòu)建第二局部生成子圖T_u″，否則，節(jié)點(diǎn)u用斯坦納生成樹法在G_u\u上構(gòu)建第二局部生成子圖T_u″；

(8c)節(jié)點(diǎn)u將步驟(8b)中生成的第二局部生成子圖T_u″的邊集合E(T_u″)記錄到局部連通子圖S_u的邊集合E(S_u)中，即將T_u″的節(jié)點(diǎn)集合V(T_u″)記錄到局部連通子圖S_u的節(jié)點(diǎn)集合V(S_u)中，即將T_u″的節(jié)點(diǎn)集合V(T_u″)記錄到邏輯沖突鄰居集LCN_u中，即節(jié)點(diǎn)u通過洪泛的方式把LCN_u和E(S_u)的拓?fù)湫畔l(fā)送給S_u中的所有節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行步驟(9)。

通過步驟6-步驟8，得到具體的局部連通子圖S_u的結(jié)果如圖3所示，其中，圖3(a)表示節(jié)點(diǎn)u通過互換第一節(jié)點(diǎn)信息HELLO-1包和第二節(jié)點(diǎn)信息HELLO-2包構(gòu)建的局部兩跳拓?fù)渥訄DG_u；圖3(b)表示節(jié)點(diǎn)u利用鏈路能耗權(quán)重w_p(x,y)構(gòu)建的最短路徑樹T_u；圖3(c)表示節(jié)點(diǎn)u構(gòu)建的第一沖突子圖LS_u；圖3(d)表示節(jié)點(diǎn)u構(gòu)建的第二沖突子圖CS_u；圖3(e)表示節(jié)點(diǎn)u在LS_u上構(gòu)建的第一生成子圖T_u′；圖3(f)表示節(jié)點(diǎn)u在CS_u上構(gòu)建的第二生成子圖T_u″；圖3(g)表示節(jié)點(diǎn)u根據(jù)第一生成子圖T_u′最終構(gòu)建的生成局部連通子圖S_u；圖3(h)表示節(jié)點(diǎn)u根據(jù)第二生成子圖T_u″最終構(gòu)建的局部連通子圖S_u；

其中上述步驟(7b)和(8b)中所述Dijkstra算法和斯坦納生成樹法參照Xinjun Wang等作者2014年在IEEE JASC上發(fā)表的文章“Achieving Bi-Channel-Connectivity with Topology Control in Cognitive Radio Network”。

步驟9，每個節(jié)點(diǎn)u根據(jù)其他節(jié)點(diǎn)發(fā)來的拓?fù)湫畔⒏伦约旱木植窟B通子圖S_u和邏輯沖突鄰居集LCN_u，將局部連通子圖S_u上的一跳鄰節(jié)點(diǎn)v作為邏輯鄰節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成邏輯鄰節(jié)點(diǎn)集LN_u＝{v∈V(S_u)|(u,v)∈E(S_u)}。

步驟10，網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點(diǎn)u確定自己的發(fā)射功率，即將發(fā)射功率調(diào)整為能夠覆蓋到所有邏輯鄰節(jié)點(diǎn)所需要的功率：其中u的所有邏輯鄰節(jié)點(diǎn)所需要的功率，是指u的所有邏輯鄰節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率的最大值，p_u,v表示u的邏輯鄰節(jié)點(diǎn)v的發(fā)射功率。

步驟11，將網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的局部連通子圖S_u組合起來構(gòu)成最終的全網(wǎng)拓?fù)銰＝(V(G),E(G))，其中V(G)為網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)，E(G)每個節(jié)點(diǎn)與自己的邏輯鄰節(jié)點(diǎn)間的鏈路，即E(G)＝{(u,v)|u∈V(G),v∈LN_u}。

步驟12，根據(jù)上述形成最終的全網(wǎng)拓?fù)銰，對網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)u進(jìn)行信道分配。

(12a)節(jié)點(diǎn)u用最大發(fā)送功率P_max在公共控制信道上廣播請求分配信道包RAC，其他節(jié)點(diǎn)在收到這個包時需要再次中轉(zhuǎn)該包，直到邏輯沖突鄰居集LCN_u中的所有節(jié)點(diǎn)都接收到RAC包為止；

(12b)邏輯沖突鄰居集LCN_u中的節(jié)點(diǎn)在收到RAC包后，查看自己已經(jīng)分配的信道，并回饋信道分配包AC給節(jié)點(diǎn)u，其中信道分配包AC中包含了該節(jié)點(diǎn)已經(jīng)分配的信道，如果該節(jié)點(diǎn)還未分配信道就將包AC記為空包；

(12c)節(jié)點(diǎn)u收集所有LCN_u中的節(jié)點(diǎn)回饋的AC包，并從還未被占用的信道中選擇主用戶占用概率最小的信道，作為自己的可用信道；

(12d)每個節(jié)點(diǎn)獨(dú)立執(zhí)行上述過程，直到所有節(jié)點(diǎn)都分配完信道為止。

上述步驟1-步驟12中，節(jié)點(diǎn)u表示網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn)，鏈路(x,y)表示網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)x,y形成的邊。

本發(fā)明的效果可通過仿真進(jìn)一步說明：

(1)仿真條件

在仿真場景中，網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)隨機(jī)均勻分布在一個1000×1000m²的二維平面區(qū)域中，接收信噪比SNR的門限值β設(shè)為-80dBm，路徑損耗因子α取值為4，網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)采用相同的最大發(fā)射功率，其中最大發(fā)射功率P_max＝256mW，對應(yīng)的最大傳輸半徑R_max＝400m。

(2)仿真內(nèi)容和結(jié)果

仿真1，用本發(fā)明方法與現(xiàn)有DBCC算法對所平均所需信道數(shù)進(jìn)行仿真對比，結(jié)果如圖4所示：

從圖4可見，隨著網(wǎng)絡(luò)中次用戶節(jié)點(diǎn)數(shù)的增多，本發(fā)明在三種不同主用戶傳輸功率下所需平均信道數(shù)緩慢增長，且都明顯少于DBCC，因此本發(fā)明可以有效地提高頻譜利用率。

仿真2，用本發(fā)明與現(xiàn)有DBCC算法對生成拓?fù)涞钠骄?dú)立路徑數(shù)進(jìn)行仿真對比，結(jié)果如圖5所示：

從圖5可見，隨著網(wǎng)絡(luò)中次用戶節(jié)點(diǎn)數(shù)的增多，本發(fā)明在三種不同主用戶傳輸功率下生成拓?fù)涞钠骄?dú)立路徑數(shù)緩慢增長，且都明顯大于DBCC，因此本發(fā)明可以有效地提高網(wǎng)絡(luò)魯棒性。