[发明专利]认知无线电系统中一种基于多信道的反应式路由方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种特别用于基于认知无线电技术的自组织网络中认知用户寻找路由的实现方案，属于通信技术领域。

背景技术

由于无线通信业务需求的快速增长，可用频谱资源变得越来越稀缺，如何共同有效地利用那些空闲频谱成为众多学者研究的热点。FCC(the FederalCommunications Commission)在2003年底的发布了关于认知无线电技术及其应用的政策制订提案，指出目前分配的频段的利用率是从15％-85％不等，某些频带如移动手机网络的频带是超负荷的，但诸如电视频段等一些信号传播特性比较好的低频段频谱的利用率却极低，并且频谱利用率在不同的空间和时间段也是不同的。有限的可用频谱及频谱的低利用率等问题使得一种全新的、灵活使用频谱的无线通信技术变得十分必要。因此，研究者一致认为：基于认知无线电技术的动态频谱接入(Dynamic Spectrum Access)是解决目前频谱低效利用的有效技术。

认知无线电(CR：Cognitive Radio)作为一种更智能的频谱共享技术，能够依靠人工智能的支持，感知无线通信环境，根据一定的学习和决策算法，实时自适应地改变系统工作参数，动态地检测和有效地利用空闲频谱，理论上允许在时间、频率以及空间上进行多维的频谱复用，这将大大降低频谱和带宽限制对无线技术发展的束缚。因此，CR也称为频谱捷变无线电、机会频谱接入无线电等，这一技术也被预言为未来最热门的无线技术。

认知无线电技术在许多领域都可以得到利用，尤其是在分布式Ad Hoc网络中将会得到广泛应用。对于基于认知无线电的Ad Hoc网络，因为其开放式频谱和动态频谱接入的特性，传统的路由协议已无法满足此类网络对动态路由的需求，因此需要设计新的路由选择算法。

Ad Hoc网络是一种特殊的无线移动通信网络，它是由无线移动节点组成的、具有任意和临时性网络拓扑的动态自组织网络系统。其主要特点有：独立组网，无需依赖于任何预先假设的网络设施，网络节点可以快速、自动地组成一个独立的网络；无中心自组织，所有的节点地位平等，任何节点的意外情况不会影响整个网络的存在与运行，各节点根据约定的准则调节自己的行为；多跳路由，当节点需要同覆盖范围之外的节点进行通信时，就需要借助其他节点的转接来完成；动态拓扑，这是由网络中的节点可以随时移动，以及可以随时加入或离开网络所决定的；安全性差，由于每个节点可以作为终端或转接节点，因此更加容易收到入侵或窃听等恶意破坏行为。在有线网络无法使用时，使用Ad Hoc网络快速组建起的自组织网能提供通信和信息的接入，从而保证了该环境下的通信，Ad Hoc网络广泛地应用于军事通信、应急通信等领域。

在多信道的无线多跳网络中，有效地使用多信道，允许多个传输同时发生，不仅可以提高网络的吞吐量，还可以减少传输数据过程中为竞争信道而增加的等待时延，降低网络拥塞和冲突碰撞。由于Ad Hoc网络中现有的路由协议基本都是基于最短距离路由，在单信道网络中可以有效的选择路由，但是由于没有考虑网络中可用信道的多样性，因此这类协议在多信道无线网络的性能就无法得到保障。

在多信道Ad Hoc认知网络中，可以结合认知无线电中的学习和决策算法，让每个网络节点都具有学习能力，根据网络的当前状况，动态地选择合适的信道和路由，进一步提高网络性能。在Ad Hoc网络中引入CR技术对路由协议也带来了一些影响，传统的路由指标如跳数、拥塞等作为路由选择的依据已不够充分，所以需要引入新的路由指标，如信道切换次数、信道切换频率等。另外，一般的多跳Ad Hoc网络在发送分组时需要预先确定通信路由，采用CR技术后，因来自周围无线系统的干扰波动较大，需要不断地更改路由，因此Ad Hoc认知网络中，路由技术非常关键的技术。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种认知无线电Ad Hoc网络中基于最短路径分布式算法的多信道路由方法，该方法以尽量减少路由中信道切换为目的，针对按需路由协议，在路由发现的过程中携带节点的可用信道信息，通过“决策节点”为路由中的每一跳分配信道。

技术方案：本发明以尽量减少路由中信道切换为目的，基于按需路由协议，将路由选择同信道分配结合在一起，实现了自组织认知网络中路由的发现。

AODV(Ad-hoc On-Demand Distance VectorAlgorithm)采用了广播式路由发现机制，依赖于中间节点建立和维护的动态路由表，而不是通过路由发现分组中携带路由信息。