[发明专利]一种实现频段切换、拓扑控制的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种实现频段切换、拓扑控制的方 法及装置。

背景技术

无线通信技术的发展越来越难满足人们在无线接入领域的需求，为了缓 解这一矛盾，人们利用新的频段不断开发出新的无线接入技术，但是，由于 无线接入技术所使用的节点天线的尺寸和功率的限制，可以用于无线接入技 术的频段非常有限。认知无线电(CR，Cognitive Radio)技术的出现，为解 决节点可用于无线接入技术的频段非常有限这一问题，开创了崭新的局面。

CR技术是指包含智能收发器的无线通信技术，该收发器能够智能检测出 在无线网络中，哪些频段未被占用和/或哪些频段正在被使用，当检测出有未 被使用的频段时，具有CR技术的节点就可以使用检测出的未被使用的频段进 行通信。

也就是说，CR技术具有可以智能地感知无线信道环境的能力，即可以智 能地感知无线网络中信道的可用频段，并根据感知到的可用频段进行频段切 换。具有CR技术的节点通过改变网络设备的工作参数，可以实时地适应无线 信道环境，从而可以在任意时刻、任何地点提供可靠的通信，而且，通过将 自身频段切换到感知到的信道的可用频段，可以高效地使用无线信道资源。

为了便于描述，将具有CR技术的节点组成的无线网络称为CR网络。

对于CR技术的研究，现有进行频段切换的技术为：C.Xin等人提出的根 据CR网络中路由需求进行频段切换。具体为：C.Xin等人对CR网络提出了 一种分层的网络结构，分层的网络结构采用的原则是同一层上的节点使用相 同频段的信道。在现有技术中，采用了具体的算法，将CR网络中各节点使用 的频段计算出来，根据计算出的结果进行分层，并在分层的无线网络结构上 研究路由计算和频段切换问题。路由计算的思想是创造一个尽量精确的图来 描述出无线网络中所有节点可能的连通关系，然后给连通关系分配权值，按 照最短路由算法找出最短路径。频段切换就是根据路由计算进行的，节点配 备有两个端口，当节点感知到有可用频段时，根据路由计算得到的最短路径 对应的节点，通过调整节点使用的端口，进行频段切换，即把节点当前工作 频段切换至最短路径对应的节点的工作频段，完成频段的切换。现有技术的 缺点是，节点仅由路由需求进行频段的切换，而在无线网络中，存在一些特 殊的节点，它们对无线网络的连通起着至关重要的作用，如果这些节点从原 有无线网络的拓扑结构中切换出去，对于原有无线网络拓扑结构来说，这些 节点不再存在，这将导致原有拓扑结构出现分割，原有层面断开，造成节点 无法正常通信。现有技术没有考虑这些特殊节点对无线网络拓扑结构造成的 影响，即没有考虑频段切换对无线网络连通性带来的威胁，所以，现有技术 进行频段切换无法保证无线网络的连通性。

除此之外，对于CR技术的研究，长期以来，研究的重心集中在如何进行 频谱侦听及主用户检测、动态频谱分配、功率控制等问题上，而对于其网络 层以上，即高层协议的研究还处于初级阶段。

拓扑控制技术是一种涉及网络层以上的协议的技术。在无线网络生成的 网络拓扑中，可以直接通信的每两个节点之间存在一条拓扑边，如果没有拓 扑控制，所有节点都会以最大的发射功率进行工作，在这种情况下，一方面， 节点有限的能量将被快速消耗，降低了无线网络的生存周期，而且，每个节 点的无线信号将会大量覆盖其它节点，造成无线信号冲突频繁，影响节点的 通信质量，降低网络的吞吐率。另一方面，将会使生成的网络拓扑中存在大 量的边，导致网络拓扑的信息量大，路由计算复杂。因此，需要对网络拓扑 进行控制。拓扑控制技术在保证网络连通的前提下，通过调整节点的发送功 率，延长无线网络生存周期，提高无线网络吞吐量，降低无线信号的干扰， 节约节点资源。

现有技术的一种拓扑控制技术为，S.Narayanaswamy等人提出的 COMPOW协议。COMPOW协议根据网络拓扑结构选择一个供网络内所有节 点共同使用的发送功率，基本思想为：网络中的所有节点使用同一个发射功 率，在保证网络连通的前提下，将功率最小化。