本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是基于頻譜感知的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)機(jī)會(huì)路由協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

近幾十年以來(lái)，無(wú)線通信技術(shù)得到巨大的發(fā)展，從廣播、收音機(jī)、電視到移動(dòng)電話，再到現(xiàn)在隨處可見(jiàn)的無(wú)線通信應(yīng)用，使得人們對(duì)無(wú)線頻譜資源的需求日益增加。而且無(wú)線頻譜資源與土地、礦藏、草原、水等實(shí)體資源一樣是不可再生資源，因此如何在有效的無(wú)線頻譜資源條件下提高頻譜的利用率，從而減輕目前逐漸激化的無(wú)線電業(yè)務(wù)需求和稀少的頻譜資源二者之間的矛盾，是現(xiàn)如今無(wú)線電領(lǐng)域研究的核心技術(shù)。一種被稱為認(rèn)知無(wú)線電(cognitiveradio，cr)的全新的動(dòng)態(tài)頻譜利用技術(shù)正受到廣泛的關(guān)注，被視為最具發(fā)展?jié)摿Φ臒o(wú)線通信技術(shù)之一，成為當(dāng)前通信領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。它的基本思想是：在不對(duì)擁有頻譜的授權(quán)用戶產(chǎn)生有害干擾的前提下，認(rèn)知用戶通過(guò)擇機(jī)的方式接入授權(quán)用戶頻段，以提高頻譜利用效率。應(yīng)用這種技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)稱為認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(cognitiveradionetworks，crn)，不僅具有傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)特性，也具備其特有的頻譜異構(gòu)和時(shí)變性。認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)下，由于頻譜環(huán)境不斷的變化，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓葌鹘y(tǒng)的分布式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)更為劇烈。所以傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的常用的主動(dòng)式(active)路由和按需式(on-demand)路由已不再適合于這種新型的網(wǎng)絡(luò)，必須對(duì)其加以改進(jìn)。

目前，對(duì)于認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議，已經(jīng)形成了一些具有代表性的路由方法。文獻(xiàn)“jzhang,lqi,h.zhu.optimizationofmacframestructureforopportunisticspectrumaccess[j].ieeetransactionsonwirelesscommunications,2012,11(6):2036-2045”中每個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)以節(jié)點(diǎn)的干擾溫度來(lái)確定各自的可用頻譜集，結(jié)合每跳的路由鏈路成本以及端到端的度量標(biāo)準(zhǔn)決定最佳路徑。鏈路以較小的信道傳輸時(shí)延和較小的信道切換成本來(lái)選擇信道。在文獻(xiàn)“j.zhang,f.zheng,x.gao,h.zhu.whichisbetterforopportunisticspectrumaccess:theduration-fixedorduration-variablemacframe？[j].ieeetransactionsonvehiculartechnology,2015,64(1):198-208”和“l(fā).ding,t.melodia,s.n.batalama,j.d.matyjas,m.j.medley.cross-layerroutinganddynamicspectrumallocationincognitiveradioadhocnetworks[j].ieeetransvehtechnol,2010,59(4):1969-79”中，文章提出的動(dòng)態(tài)mac層的幀結(jié)構(gòu)是由感知時(shí)隙、信道切換時(shí)隙以及數(shù)據(jù)傳輸時(shí)隙組成的，通過(guò)優(yōu)化感知時(shí)隙以及傳輸時(shí)隙和對(duì)幀長(zhǎng)度的動(dòng)態(tài)調(diào)整，達(dá)到頻譜感知質(zhì)量和吞吐量之間的折中，忽略了節(jié)點(diǎn)間的協(xié)同頻譜感知。根據(jù)文獻(xiàn)“o.s.badarneh,h.b.salameh.opportunisticroutingincognitiveradionetworks:exploitingspectrumavailabilityandrichchanneldiversity[c].ieeeglobaltelecommunicationsconference(globecom),ieee,2011:1-5”中提出的新的路由協(xié)議——跨層路由和動(dòng)態(tài)頻譜分配策略(routingandspectrumallocationalgorithm，rosa)，此方法綜合考慮了頻譜利用率、頻譜空穴和授權(quán)用戶的活動(dòng)，按照頻譜利用率的大小進(jìn)行頻譜分配，主要的路由性能參數(shù)為網(wǎng)絡(luò)吞吐量、公平度索引、頻譜利用率以及平均延遲。文獻(xiàn)“袁志勇.認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中頻譜分配與路由聯(lián)合優(yōu)化方法的研究[d].重慶郵電大學(xué),2013”設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)路由協(xié)議，結(jié)合了授權(quán)用戶活動(dòng)概率模型和認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的頻譜感知，路由吞吐量度量采用認(rèn)知節(jié)點(diǎn)對(duì)頻譜的可利用時(shí)間以及需求時(shí)間。但是，上述這些研究結(jié)果主要集中于網(wǎng)絡(luò)信道的選擇與分配，僅考慮路由的有限度量，而沒(méi)有較全面考慮網(wǎng)絡(luò)頻譜感知條件、授權(quán)用戶的活動(dòng)模型、信道的異構(gòu)特性以及射頻環(huán)境的影響，也沒(méi)有考慮將協(xié)同頻譜感知技術(shù)應(yīng)用于路由策略中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供基于頻譜感知的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)機(jī)會(huì)路由協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方法，充分發(fā)揮多信道的優(yōu)勢(shì)，提高認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)路由發(fā)現(xiàn)和建立的機(jī)會(huì)，提高頻譜的利用率。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：基于頻譜感知的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)機(jī)會(huì)路由協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟：

步驟一、每個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)采用擴(kuò)散頻譜感知算法與其各個(gè)認(rèn)知鄰節(jié)點(diǎn)通過(guò)迭代實(shí)現(xiàn)檢測(cè)信息的融合，得到最終的檢測(cè)判決，確定授權(quán)用戶是否存在，若判決出所感知的信道處于空閑狀態(tài)，則將此信道信息記錄在自己的空閑信道集中，該信道信息包括信道帶寬、信道信噪比和信道的可用概率，接著感知下一個(gè)信道，直到得到所有信道的狀態(tài)信息；

步驟二、路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程：根據(jù)步驟一得到的所有信道的狀態(tài)信息，每個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)找到可能的合適路徑，保存合適的下一跳路由信息，這些路由信息形成初始競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)集；

步驟三、認(rèn)知節(jié)點(diǎn)針對(duì)步驟二中得到的初始競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)集進(jìn)行優(yōu)化，計(jì)算每個(gè)初始競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)的權(quán)重值，然后將這些初始競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)按照權(quán)重值的大小從大到小排列；

步驟四、數(shù)據(jù)包的傳輸：通過(guò)以上步驟，每個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)都有自己的路徑路由信息以及空閑信道信息，需要傳輸數(shù)據(jù)包的認(rèn)知節(jié)點(diǎn)即發(fā)送節(jié)點(diǎn)在自己的競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)集中選取合適的競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)包的中繼節(jié)點(diǎn)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)之間傳輸成功后，該中繼節(jié)點(diǎn)變成新的發(fā)送節(jié)點(diǎn)繼續(xù)選擇下一跳競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)包的傳輸，直到數(shù)據(jù)包到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。

優(yōu)選的，所述步驟一中認(rèn)知節(jié)點(diǎn)采用擴(kuò)散頻譜感知算法判斷所感知的信道是否處于空閑狀態(tài)的具體方法為：

(1)認(rèn)知用戶i分別獨(dú)立地對(duì)信號(hào)進(jìn)行l(wèi)次本地檢測(cè)得到自身觀測(cè)的檢測(cè)量(yi,1,yi,2,yi,3,...,yi,l)；

(2)k時(shí)刻認(rèn)知用戶i利用自身觀測(cè)的檢測(cè)量(yi,1,yi,2,yi,3,...,yi,l)與其鄰節(jié)點(diǎn)檢測(cè)量對(duì)認(rèn)知用戶i的擴(kuò)散作用進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，獲得估計(jì)值其中表示節(jié)點(diǎn)i接受節(jié)點(diǎn)j信息的權(quán)重，即節(jié)點(diǎn)i對(duì)節(jié)點(diǎn)j的信任度，j∈ni,k，即屬于節(jié)點(diǎn)i在k時(shí)刻的鄰節(jié)點(diǎn)集；

(3)判決其中λ為判決門(mén)限；h0表示頻譜空閑，h1則相反。

優(yōu)選的，所述步驟二中每個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)形成自己的初始競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)集的具體方法為：認(rèn)知節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)種進(jìn)行洪泛廣播hello包，該hello包內(nèi)附加了該認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的剩余能量信息、上一跳鏈路的投遞率、位置信息以及空閑信道信息；每個(gè)鄰節(jié)點(diǎn)接收到hello包后檢測(cè)自己之前是否接收過(guò)，如果之前已經(jīng)接收過(guò)，則丟棄該hello包，如果之前沒(méi)有接收過(guò)，則提取該hello包內(nèi)附加的信息，生成或者更新下一跳路徑的路由信息，直到網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)都生成相應(yīng)的路由表，該路由表包括了多個(gè)不同下一跳節(jié)點(diǎn)的路由信息，構(gòu)成該認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的初始競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)集。

優(yōu)選的，所述步驟三中計(jì)算每個(gè)初始競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)權(quán)重值的方法為：

weighti＝(1-α)ei·pi-α·di

其中，α表示在0與1之間的因子，ei表示競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)i的剩余能量，pi表示競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)i與發(fā)送節(jié)點(diǎn)之間的投遞率，di表示競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)i與發(fā)送節(jié)點(diǎn)之間的位置距離。

優(yōu)選的，所述步驟四中需要傳輸數(shù)據(jù)包的認(rèn)知節(jié)點(diǎn)選擇中繼節(jié)點(diǎn)的方法為：首先，需要傳輸數(shù)據(jù)包的認(rèn)知節(jié)點(diǎn)即發(fā)送節(jié)點(diǎn)在公共控制信道上廣播一個(gè)路由請(qǐng)求信息rreq，同時(shí)啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器timer，等待下游鄰居節(jié)點(diǎn)的路由響應(yīng)消息rrsp；當(dāng)下游鄰居節(jié)點(diǎn)接收到rreq后，提取rreq內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)集優(yōu)先級(jí)列表信息，并檢測(cè)自身節(jié)點(diǎn)是否是其中一員，如果不是則丟棄rreq信息，如果是，則根據(jù)自己的優(yōu)先級(jí)位置決定延時(shí)的時(shí)間tdelay，在延時(shí)結(jié)束后，該節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的可用信道列表信息，再結(jié)合rreq內(nèi)的可用信道信息，從中隨機(jī)選取信道可用概率最高的信道用于兩節(jié)點(diǎn)之間的通信，并把這一信道信息附加在rrsp內(nèi)回復(fù)；如果發(fā)送節(jié)點(diǎn)接收到rrsp后，則發(fā)送節(jié)點(diǎn)確定了數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹欣^節(jié)點(diǎn)，繼而廣播路由確定消息rdeq通知其他低優(yōu)先級(jí)的競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)不再需要回復(fù)rrsp；低優(yōu)先級(jí)的競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)在接收到rdeq后，則不再繼續(xù)延時(shí)等待回復(fù)rrsp，而是保持初始狀態(tài)等待其他的數(shù)據(jù)傳輸；如果定時(shí)器timer到期發(fā)送節(jié)點(diǎn)還沒(méi)有收到rrsp表示沒(méi)有合適的候選節(jié)點(diǎn)，就會(huì)重復(fù)進(jìn)行廣播rreq；

一個(gè)成功的rreq-rrsp握手協(xié)議后，可用來(lái)數(shù)據(jù)傳輸?shù)逆溌芳创_定了；接著數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹欣^節(jié)點(diǎn)在回復(fù)完rrsp后，接口切換到所確定的數(shù)據(jù)信道上，等待數(shù)據(jù)包的到達(dá)；發(fā)送節(jié)點(diǎn)在廣播完rdeq后，接口也切換到所確定的數(shù)據(jù)信道上進(jìn)行數(shù)據(jù)包的發(fā)送；當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)信道上接收到確認(rèn)包時(shí)即完成了一跳數(shù)據(jù)包的傳輸，這樣的過(guò)程持續(xù)進(jìn)行直到數(shù)據(jù)包最終到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提出的機(jī)會(huì)路由協(xié)議同時(shí)完成了路由層、mac層以及物理層該完成的事情，采用擴(kuò)散頻譜感知算法快速發(fā)現(xiàn)空閑可用信道，通過(guò)路由發(fā)現(xiàn)得到最初競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)集并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，選擇最優(yōu)的中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)包傳輸；競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)集優(yōu)化時(shí)綜合考慮了節(jié)點(diǎn)的投遞率，剩余能量和兩節(jié)點(diǎn)間的距離，以構(gòu)建高效、穩(wěn)定、可靠的路由策略，提高頻譜利用率；本發(fā)明所提出的方案與已有的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議相比，在平均時(shí)延、平均能耗和平均吞吐量上都有明顯的優(yōu)勢(shì)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明空閑頻譜感知過(guò)程流程圖；

圖2為簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

圖3為數(shù)據(jù)包傳輸過(guò)程流程圖；

圖4為仿真網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D；

圖5為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)密度與平均時(shí)延的仿真關(guān)系圖；

圖6為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)密度與平均能耗的仿真關(guān)系圖；

圖7為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)密度與平均吞吐量的仿真關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

基于頻譜感知的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)機(jī)會(huì)路由協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟：

步驟一、每個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)采用擴(kuò)散頻譜感知算法與其各個(gè)認(rèn)知鄰節(jié)點(diǎn)通過(guò)迭代實(shí)現(xiàn)檢測(cè)信息的融合，得到最終的檢測(cè)判決，確定授權(quán)用戶是否存在，若判決出所感知的信道處于空閑狀態(tài)，則將此信道信息記錄在自己的空閑信道集中，包括信道帶寬、信道信噪比和信道的可用概率，接著感知下一個(gè)信道，直到得到所有信道的狀態(tài)信息；

步驟二、路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程：每個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)找到可能的合適路徑，保存合適的下一跳路由信息，這些路由信息形成初始競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)集；

步驟三、認(rèn)知節(jié)點(diǎn)針對(duì)步驟二中得到的初始競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)集進(jìn)行優(yōu)化，計(jì)算每個(gè)初始競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)的權(quán)重值，然后將這些初始競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)按照權(quán)重值的大小從大到小排列；

步驟四、數(shù)據(jù)包的傳輸：通過(guò)以上步驟，每個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)都有自己的路徑路由信息以及空閑信道信息，需要傳輸數(shù)據(jù)包的認(rèn)知節(jié)點(diǎn)(簡(jiǎn)稱發(fā)送節(jié)點(diǎn))在自己的競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)集中選取合適的競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)包的中繼節(jié)點(diǎn)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)之間傳輸成功后，該中繼節(jié)點(diǎn)變成新的發(fā)送節(jié)點(diǎn)繼續(xù)選擇下一跳競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)包的傳輸，直到數(shù)據(jù)包到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。

進(jìn)一步，所述步驟一中認(rèn)知節(jié)點(diǎn)采用擴(kuò)散頻譜感知算法判斷所感知的信道是否處于空閑狀態(tài)的具體方法為：

(1)認(rèn)知用戶i分別獨(dú)立地對(duì)信號(hào)進(jìn)行l(wèi)次本地檢測(cè)得到自身觀測(cè)的檢測(cè)量(yi,1,yi,2,yi,3,...,yi,l)；

(2)k時(shí)刻認(rèn)知用戶i利用自身觀測(cè)的檢測(cè)量(yi,1,yi,2,yi,3,...,yi,l)與其鄰節(jié)點(diǎn)檢測(cè)量對(duì)認(rèn)知用戶i的擴(kuò)散作用進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，獲得估計(jì)值其中表示節(jié)點(diǎn)i接受節(jié)點(diǎn)j信息的權(quán)重，即節(jié)點(diǎn)i對(duì)節(jié)點(diǎn)j的信任度，j∈ni,k，即屬于節(jié)點(diǎn)i在k時(shí)刻的鄰節(jié)點(diǎn)集；

(3)判決其中λ為判決門(mén)限；h0表示頻譜空閑，h1則相反。

進(jìn)一步，所述步驟二中每個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)形成自己的初始競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)集的具體方法為：認(rèn)知節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)種進(jìn)行洪泛廣播hello包，該hello包內(nèi)附加了該認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的剩余能量信息、上一跳鏈路的投遞率、位置信息以及空閑信道信息；每個(gè)鄰節(jié)點(diǎn)接收到hello包后檢測(cè)自己之前是否接收過(guò)，如果之前已經(jīng)接收過(guò)，則丟棄該hello包，如果之前沒(méi)有接收過(guò)，則提取該hello包內(nèi)附加的信息，生成或者更新下一跳路徑的路由信息，直到網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)都生成相應(yīng)的路由表，該路由表包括了多個(gè)不同下一跳節(jié)點(diǎn)的路由信息，構(gòu)成該認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的初始競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)集。

進(jìn)一步，所述步驟三中計(jì)算每個(gè)初始競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)權(quán)重值的方法為：

weighti＝(1-α)ei·pi-α·di

其中，α表示在0與1之間的因子，ei表示競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)i的剩余能量，pi表示競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)i與發(fā)送節(jié)點(diǎn)之間的投遞率，di表示競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)i與發(fā)送節(jié)點(diǎn)之間的位置距離。

進(jìn)一步，所述步驟四中需要傳輸數(shù)據(jù)包的認(rèn)知節(jié)點(diǎn)選擇中繼節(jié)點(diǎn)的方法為：首先，需要傳輸數(shù)據(jù)包的認(rèn)知節(jié)點(diǎn)即發(fā)送節(jié)點(diǎn)在公共控制信道上廣播一個(gè)路由請(qǐng)求信息rreq，同時(shí)啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器timer，等待下游鄰居節(jié)點(diǎn)的路由響應(yīng)消息rrsp；當(dāng)下游鄰居節(jié)點(diǎn)接收到rreq后，提取rreq內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)集優(yōu)先級(jí)列表信息，并檢測(cè)自身節(jié)點(diǎn)是否是其中一員，如果不是則丟棄rreq信息，如果是，則根據(jù)自己的優(yōu)先級(jí)位置決定延時(shí)的時(shí)間tdelay，在延時(shí)結(jié)束后，該節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的可用信道列表信息，再結(jié)合rreq內(nèi)的可用信道信息，從中隨機(jī)選取信道可用概率最高的信道用于兩節(jié)點(diǎn)之間的通信，并把這一信道信息附加在rrsp內(nèi)回復(fù)；如果發(fā)送節(jié)點(diǎn)接收到rrsp后，則發(fā)送節(jié)點(diǎn)確定了數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹欣^節(jié)點(diǎn)，繼而廣播路由確定消息rdeq通知其他低優(yōu)先級(jí)的競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)不再需要回復(fù)rrsp；低優(yōu)先級(jí)的競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)在接收到rdeq后，則不再繼續(xù)延時(shí)等待回復(fù)rrsp，而是保持初始狀態(tài)等待其他的數(shù)據(jù)傳輸；如果定時(shí)器timer到期發(fā)送節(jié)點(diǎn)還沒(méi)有收到rrsp表示沒(méi)有合適的候選節(jié)點(diǎn)，就會(huì)重復(fù)進(jìn)行廣播rreq；

一個(gè)成功的rreq-rrsp握手協(xié)議后，可用來(lái)數(shù)據(jù)傳輸?shù)逆溌芳创_定了；接著數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹欣^節(jié)點(diǎn)在回復(fù)完rrsp后，接口切換到所確定的數(shù)據(jù)信道上，等待數(shù)據(jù)包的到達(dá)；發(fā)送節(jié)點(diǎn)在廣播完rdeq后，接口也切換到所確定的數(shù)據(jù)信道上進(jìn)行數(shù)據(jù)包的發(fā)送；當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)信道上接收到確認(rèn)包時(shí)即完成了一跳數(shù)據(jù)包的傳輸，這樣的過(guò)程持續(xù)進(jìn)行直到數(shù)據(jù)包最終到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。

采用matlab對(duì)本發(fā)明提出的基于頻譜感知的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)機(jī)會(huì)路由協(xié)議(簡(jiǎn)稱dmss-ocrp)進(jìn)行仿真，分別通過(guò)平均時(shí)延、平均能耗和平均吞吐量對(duì)該機(jī)會(huì)路由協(xié)議的性能進(jìn)行分析和評(píng)估。

仿真參數(shù)設(shè)置

仿真拓?fù)鋱D如圖4所示，節(jié)點(diǎn)均勻分布在500m×500m的矩形平面區(qū)域中，在mac層采用csma/ca機(jī)制。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中有一條恒定速率的業(yè)務(wù)流，發(fā)送節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)分別位于網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的兩個(gè)對(duì)角。網(wǎng)絡(luò)中有9條數(shù)據(jù)信道和一個(gè)公共控制信道。我們?cè)O(shè)計(jì)兩個(gè)相互間隔的定時(shí)器來(lái)模擬主用戶的行為，假設(shè)初始狀態(tài)下認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的接口都在控制信道上。仿真參數(shù)的設(shè)置如表1。

表1仿真參數(shù)設(shè)置

仿真結(jié)果及性能分析

與本發(fā)明協(xié)議作對(duì)比的是基于平均一致性頻譜感知方法的路由協(xié)議mspr，它是采用分布式方法，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)用戶接受的能量進(jìn)行一致化處理，再進(jìn)行判決空閑信道，然后進(jìn)行路由路徑選擇傳輸數(shù)據(jù)。

1.網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)密度與平均時(shí)延的關(guān)系

仿真環(huán)境中源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)確定，業(yè)務(wù)流速率恒定，因此網(wǎng)絡(luò)中認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的數(shù)量會(huì)對(duì)源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的平均時(shí)延和平均能耗以及吞吐量帶來(lái)影響。從圖5可以看出，采用本發(fā)明dmss-ocrp得到的平均時(shí)延明顯小于采用mspr得到的平均時(shí)延，而且隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增多，這種變化更明顯，這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是平均一致性頻譜感知方法需要多次進(jìn)行頻譜之間的信息交換，增加了路由發(fā)現(xiàn)時(shí)間，并且迭代達(dá)到全網(wǎng)一致，實(shí)時(shí)性差。同時(shí)，可以觀察到在網(wǎng)絡(luò)區(qū)域大小以及認(rèn)知節(jié)點(diǎn)通信半徑固定的情況下，網(wǎng)絡(luò)的平均時(shí)延隨著網(wǎng)絡(luò)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的增加而增大，這是因?yàn)殡S著認(rèn)知節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)增加，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模變大。發(fā)送節(jié)點(diǎn)需要對(duì)自己的競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)集進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，節(jié)點(diǎn)數(shù)量越多，發(fā)送節(jié)點(diǎn)需要遍歷的次數(shù)就越多，所用的時(shí)間就會(huì)變長(zhǎng)。第三，我們發(fā)現(xiàn)在認(rèn)知節(jié)點(diǎn)數(shù)量一定的情況下，隨著網(wǎng)絡(luò)通信半徑的增大，平均時(shí)延呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這主要是由于發(fā)送節(jié)點(diǎn)在通信可達(dá)條件下可以選擇更遠(yuǎn)的優(yōu)先級(jí)高的鄰節(jié)點(diǎn)作為下一跳中繼節(jié)點(diǎn)，從而到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)所用的跳數(shù)減少，平均時(shí)延自然會(huì)降低。

2.網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)密度與平均能耗的關(guān)系

路由協(xié)議設(shè)計(jì)的目標(biāo)是降低節(jié)點(diǎn)的能量消耗，保證網(wǎng)絡(luò)能量均衡使用，因此能量問(wèn)題是認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)有待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。從圖6可以看出，采用本發(fā)明dmss-ocrp得到的平均能耗比采用mspr得到的平均能耗小，是因?yàn)槠骄恢滦灶l譜感知需要交換更多的控制信息，浪費(fèi)了能量。同時(shí)，可以觀察到在網(wǎng)絡(luò)區(qū)域大小和認(rèn)知節(jié)點(diǎn)通信半徑固定的情況下，網(wǎng)絡(luò)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)數(shù)越多，從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)所消耗的能量越大，這是因?yàn)殡S著認(rèn)知節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加，在信道感知過(guò)程和路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程中節(jié)點(diǎn)之間交換的控制消息就越多，所以在整個(gè)傳輸過(guò)程中消耗的能量就越多。第三，我們發(fā)現(xiàn)在認(rèn)知節(jié)點(diǎn)數(shù)量一定的情況下，平均能耗隨著網(wǎng)絡(luò)通信半徑的增大逐漸降低，尤其是在通信半徑從40增加到60的過(guò)程中，這種變化更明顯。這是因?yàn)橥ㄐ虐霃皆酱?，從源?jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)就會(huì)減少，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包的次數(shù)就會(huì)減少，消耗的能量自然就降低。第四，通信半徑從60到80變化的過(guò)程中，能量減少的速度不如從40到60變化的過(guò)程，這是由于節(jié)點(diǎn)跳數(shù)比較多時(shí)，發(fā)送數(shù)據(jù)包和接收數(shù)據(jù)包耗能占主要的，因此能量增長(zhǎng)的比較快，通信半徑越大，控制包與數(shù)據(jù)包比例下降，能量增長(zhǎng)的較慢。

3.網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)密度與平均吞吐量的關(guān)系

吞吐量是由所接收從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包大小總和除以傳輸數(shù)據(jù)包所花費(fèi)的時(shí)間得到的。從圖7可以看出，采用本發(fā)明dmss-ocrp得到的平均吞吐量比采用mspr得到的平均吞吐量有所提高，是因?yàn)橐@得相同的數(shù)據(jù)包大小，采用平均一致性頻譜感知需要花費(fèi)更多的時(shí)延，降低了吞吐量。同時(shí)，可以觀察到在網(wǎng)絡(luò)區(qū)域大小和認(rèn)知節(jié)點(diǎn)通信半徑固定的情況下，由于認(rèn)知節(jié)點(diǎn)數(shù)增加，平均時(shí)延在增加，網(wǎng)絡(luò)中平均吞吐量也在隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加而逐漸降低。這是因?yàn)檎J(rèn)知節(jié)點(diǎn)增多會(huì)導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)集變大，節(jié)點(diǎn)之間需要的交換控制信息就會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間，導(dǎo)致時(shí)延變長(zhǎng)。但是這種趨勢(shì)隨著節(jié)點(diǎn)的增多逐漸降低，這是因?yàn)楦?jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)集的增大，可以使得節(jié)點(diǎn)可以選擇信道可用概率更高的節(jié)點(diǎn)作為下一跳中繼節(jié)點(diǎn)。第二，我們可以發(fā)現(xiàn)，在認(rèn)知節(jié)點(diǎn)數(shù)量一定的情況下，節(jié)點(diǎn)通信半徑越大，網(wǎng)絡(luò)平均吞吐量就會(huì)變大，這是由于通信半徑變大，整條路徑的跳數(shù)就會(huì)變小，路徑損失相對(duì)減少，吞吐量自然就會(huì)增加。但是這種增加也是有限度的，競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)集節(jié)點(diǎn)數(shù)也會(huì)隨著通信半徑的增大而增多，節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行控制消息互換也會(huì)浪費(fèi)時(shí)間，導(dǎo)致吞吐量下降。