吳羽涵

摘要：針對(duì)認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中次用戶(hù)對(duì)主用戶(hù)的干擾問(wèn)題，提出了一種基于最大最小干擾的路由協(xié)議。該協(xié)議通過(guò)對(duì)比不同路徑對(duì)主用戶(hù)的干擾溫度，利用最大最小原則選擇路由，能夠?qū)崿F(xiàn)在滿(mǎn)足干擾溫度限制的條件下，盡可能的充分頻譜資源。通過(guò)大量仿真驗(yàn)證，該文算法實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)目的。

關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)；路由協(xié)議；干擾溫度

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2013）08-1773-02

認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)是今年來(lái)興起的一種新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。該類(lèi)型網(wǎng)絡(luò)以動(dòng)態(tài)頻譜環(huán)境作為基本的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景基礎(chǔ)，以頻譜感知[1-2]、動(dòng)態(tài)頻譜分配[3-4]等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)對(duì)頻譜資源的動(dòng)態(tài)獲取、使用。

在該網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)被分為主用戶(hù)（PU，Primary User）和次用戶(hù)（SU，Secondary User）兩類(lèi)。其中主用戶(hù)對(duì)頻譜資源的占用具有優(yōu)先權(quán)，可以任意使用。而次用戶(hù)只能在主用戶(hù)空閑或者不對(duì)主用戶(hù)造成干擾的情況下共享使用頻譜，前一種方式稱(chēng)為overlay，后一種方式稱(chēng)為underlay[5]。認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要研究次用戶(hù)之間的傳輸、組網(wǎng)等問(wèn)題。

目前，對(duì)認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的頻譜感知（spectrum sensing）和動(dòng)態(tài)頻譜分配（DSA，Dynamic Spectrum Allocation）技術(shù)研究較多，但相對(duì)應(yīng)的組網(wǎng)問(wèn)題研究較少。該文聚焦在認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的路由技術(shù)上，一些已有的典型研究成果如下。

通過(guò)計(jì)算或預(yù)測(cè)主用戶(hù)的活動(dòng)規(guī)律，使用主用戶(hù)活動(dòng)較少的信道來(lái)進(jìn)行路由選擇，是認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)研究中常見(jiàn)的思路。如文獻(xiàn)[6]提出了一種結(jié)合頻譜調(diào)度的路由算法。文章通過(guò)對(duì)所使用頻譜資源進(jìn)行分析，選擇具有最小切換次數(shù)的頻譜作為路由。文獻(xiàn)[7]通過(guò)分析主用戶(hù)活動(dòng)的繁忙程度，提出次用戶(hù)路由應(yīng)避開(kāi)主用戶(hù)活動(dòng)頻繁的區(qū)域，選擇主用戶(hù)活動(dòng)較少的“邊緣區(qū)域”。文獻(xiàn)[8]通過(guò)廣播路由查找報(bào)文來(lái)搜集所有鏈路的鏈接狀況和主用戶(hù)活動(dòng)情況，然后選擇最佳的路由。文獻(xiàn)[9]在假設(shè)主用戶(hù)活動(dòng)滿(mǎn)足經(jīng)典ON-Off模型[10]的基礎(chǔ)上，結(jié)合地理位置信息和頻譜感知結(jié)果選擇路由節(jié)點(diǎn)，能夠較好地適應(yīng)頻譜的動(dòng)態(tài)性。

本文針對(duì)underlay頻譜共享模式，提出一種基于最大最小干擾溫度余量的認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議。該協(xié)議使用最大最小干擾溫度余量的原則選擇路由，能夠在保證對(duì)主用戶(hù)的干擾不超過(guò)限制的條件下，有效利用頻譜資源。

本文安排如下，第2節(jié)給出本文協(xié)議適用的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景及協(xié)議約束條件，第3節(jié)給出最大最小干擾溫度余量的具體計(jì)算過(guò)程，以及述路由查找及更新的基本過(guò)程，第4節(jié)通過(guò)仿真驗(yàn)證協(xié)議的有效性，最后是全文總結(jié)。

1 網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景

本文考慮次用戶(hù)以u(píng)nderlay方式共享主用戶(hù)頻譜資源，并以無(wú)線(xiàn)多跳方式進(jìn)行組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景。即首先要求次用戶(hù)對(duì)主用戶(hù)的干擾不能超過(guò)一定限制，其次限定沒(méi)有任何形式的次用戶(hù)中心節(jié)點(diǎn)。

2 基于最大最小干擾的路由協(xié)議

2.1 最大最小干擾溫度余量計(jì)算

2.2路由建立及更新過(guò)程

次用戶(hù)節(jié)點(diǎn)在執(zhí)行頻譜分配[12-13]之后，都應(yīng)記錄下自身所選擇信道的干擾溫度余量，作為路由查找的基本指標(biāo)。

本文采用被動(dòng)路由的方式發(fā)起路由查找。即僅在有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)發(fā)起路由查找報(bào)文（RREQ，Routing REQuest），RREQ以廣播方式傳播。當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)收到RREQ，則以單播方式回復(fù)路由確認(rèn)報(bào)文（RREP，Routing REPly）。RREP包含發(fā)出節(jié)點(diǎn)的干擾溫度余量。當(dāng)中間節(jié)點(diǎn)收到RREQ，若此節(jié)點(diǎn)沒(méi)有到源節(jié)點(diǎn)的路由表項(xiàng)，則建立到源節(jié)點(diǎn)的反向路由；若已經(jīng)有相關(guān)路由表項(xiàng)，則先根據(jù)RREQ中的序列號(hào)判斷是否收到過(guò)該報(bào)文，若已收到過(guò)則直接丟棄，若沒(méi)有收到過(guò)則根據(jù)該RREQ攜帶的信息進(jìn)行路由更新。如果中間有關(guān)于目的節(jié)點(diǎn)的最新路由，則可以直接回復(fù)該RREQ，以減少路由查找時(shí)間。最佳的路由在包括目的節(jié)點(diǎn)在內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)回復(fù)RREP后逐漸更新。

當(dāng)以下三種條件任一滿(mǎn)足時(shí)，進(jìn)行路由更新：1）源節(jié)點(diǎn)收到不同RREP后，計(jì)算得到更大的路徑干擾溫度余量tl；2）源節(jié)點(diǎn)收到不同RREP后，tl不變，但具有更小的端到端跳數(shù)；3）特別的，中間節(jié)點(diǎn)變換信道后。

3 仿真驗(yàn)證

4 結(jié)論

認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中，次用戶(hù)對(duì)頻譜資源的使用受到方方面面的限制，其中最主要的限制之一即是對(duì)主用戶(hù)干擾溫度的限制。該文針對(duì)這一問(wèn)題，利用最大最小原則，制定基于最大最小干擾溫度余量的路由協(xié)議。該協(xié)議通過(guò)對(duì)比不同路徑對(duì)主用戶(hù)的干擾情況，選擇總干擾溫度適當(dāng)接近干擾限制同時(shí)又有足夠距離的路徑作為最佳路由，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)主用戶(hù)干擾限制的始終滿(mǎn)足，同時(shí)又能夠盡可能地利用頻譜資源。在干擾限制和資源利用之間取得了合理的折中。

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（上接第1775頁(yè)）

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