[发明专利]一种认知无线Mesh网络中的组播路由及频谱分配方法

说明书

技术领域

本发明属于无线网络技术领域，涉及一种认知无线Mesh网络中组播路由及频谱分配方法。

背景技术

无线Mesh网络(Wireless Mesh Network，WMN)是一种静态多跳传输网络，包含Mesh网关、Mesh路由器和Mesh终端三种类型的节点。Mesh路由器和Mesh网关构成了无线Mesh网络的骨干网。Mesh路由器具有路由功能，它通常具有多个无线收发器。Mesh网关不仅具有Mesh路由器的功能，而且具有与Internet通过有线电缆直接相连的功能，是无线Mesh网络与Internet之间的桥梁。Mesh终端用户的数据通过Mesh路由器的多跳传输到达Mesh网关。同样，在下行链路中，Mesh网关的数据通过Mesh路由器的多跳传输到达Mesh终端实现数据分发。其中组播就是一种典型的数据传输类型，并且组播也是无线Mesh网络面向实际应用的一种重要网络业务。比如，视频会议、远程教育、内容分发等是流媒体组播的典型应用。

频谱(信道)是一种宝贵的、有限的不可再生资源，随着覆盖范围的不断扩大、无线用户的不断增多、接入业务的日益增长，可分配的频谱资源越来越少。认知无线电(Cognitive Radio，CR)技术是一种能够有效的缓解频谱匮乏问题网络技术。

无线Mesh网络作为下一代宽带接入系统。将认知无线电技术应用于无线Mesh网络中解决其频谱缺乏的问题具有潜在的优势。在认知无线Mesh网络(Cognitive Wireless Mesh Network，CWMN)中，每个Mesh节点(包括Mesh路由器、Mesh网关、Mesh终端)使用CR技术。对于一个配备CR的Mesh节点(CR-Mesh路由器、CR-Mesh网关、CR-Mesh终端统称CR-Mesh节点)，它能够感知主系统中未使用的频谱，并动态地接入到这些可用的频谱。本发明不考虑具体的频谱感知算法，主要针对CR-Mesh节点已经获得可用信道以及相关信息条件下的组播路由及频谱分配算法。

组播作为一种能够有效节省网络资源的通信服务一直是无线Mesh网络中的重要研究领域。近年来，随着底层无线通信技术的进步以及WMNs自身的深入研究，WMNs的呈现出以多射频、多信道和多速率(multi-radio multi-channel multi-rate，简称MR2-MC)为基本特征的全新网络形态，并且取得了一些研究成果。信道分配也一直是无线Mesh网络的研究重点，并且已经被证明是NP完全的，也取得了一些研究成果。

但是，无线Mesh网络中针对组播和信道分配的研究成果不能直接应用于认知无线Mesh网络中，认知无线Mesh网络中的组播和信道分配有以下几个主要特点：1)无线Mesh网络中的组播协议是工作在使用固定信道，并且信道的通信状态已知，认知无线Mesh网络工作在动态变化的环境中，2)CR-Mesh节点使用信道必须保证不对PU产生干扰，3)CR-Mesh节点可用的信道是无线环境中所有信道的一个子集，并且该子集是动态变化的，4)认知无线Mesh网络中的可用信道的异构性，即这些可用信道的使用概率一般情况下是不同的。

认知无线Mesh网络中的组播路由与信道分配是待解决的关键问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种认知无线Mesh网络中的组播路由及频谱分配方法，通过有效的频谱分配减低组播延迟，提高网络性能，提高频谱利用率。

发明的技术解决方案如下：

一种认知无线Mesh网络中的组播路由及频谱分配方法，首先将静止的CR-Mesh路由器组成的认知无线Mesh网络建模为一个无向多重图G＝(V，E，D)，其中V表示CR-Mesh路由器的集合，E表示链接两个能相互通信的CR-Mesh路由器的无线链路的集合，D表示两个CR-Mesh路由器节点间无线链路的传输延迟的集合，d_i表示某一信道i的传输延迟，每个节点v_i∈V都有一个感知的可用信道集合K_i，d_ij表示节点v_i和节点v_j之间的物理距离，所有节点采用半双工方式工作；