[发明专利]认知无线电网络中基于主用户保护的路由和时隙分配方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种在分布式认知无线电网络中次级用户节点间的路由和时隙的分配方法和机制，特别是提供了一种基于主用户保护的分布式路由和时隙分配方法。

背景技术：

随着移动通信用户和业务量的急剧增加，现有蜂窝网的频率资源利用已接近极限。然而，在一些电视频段，频谱资源的利用率却十分低下。认知无线电就是为了解决频谱资源的有效利用问题而提出的一种智能的无线通信技术。在认知无线电网络中，次级用户（Secondary Users,SUs）可以在不对主用户（Primary Users,PUs）造成过量干扰的情况下，使用主用户的频谱进行通信。在现有的关于认知无线电网络路由协议的研究中，主要是针对Overlay的频谱使用模式。在Overlay模式下，次级用户需要感知主用户的频谱空穴。当次级用户发现主用户不使用授权频带时进行频谱的接入。但是在Overlay模式下SUs不仅需要具有精准的频谱感知能力（这对SUs的天线设计带来很大的挑战），而且需要占用部分可用时隙进行频谱感知。

次级用户的另一种频谱使用方式是Underlay模式，在该模式下次级用户可以在不超过主用户干扰门限的前提下使用主用户的频谱。这种模式下次级用户不需要进行精确的频谱感知，但是需要进行接入或者功率控制，以避免对主用户造成过量的干扰。同时，为了进一步降低对主用户的影响，次级用户必须降低发射功率，这就要求次级用户必须组成具有多跳性质的认知Ad Hoc网络。在认知Ad Hoc网络中，由于节点之间的接入冲突以及并发传输会使得对主用户的干扰累积值超过门限，因此次级用户需要使用时隙化的接入机制，并通过合理的选择自己的通信时隙从而避免接入冲突、减小并发传输对主用户造成的干扰累积值。

在认知Ad Hoc网络中次级用户的路径和时隙分配策略的求解本身是个N-P难问题。现有的通过混合整数规划模型求解的方法是属于集中式的解法，不仅复杂度高而且求解效果不理想，也有文献给出了一种考虑次级用户和主用户覆盖范围交叠的面积最小为测度的路由策略，但是其路由测度没有考虑次级用户的吞吐量，导致次级用户网络吞吐量低。

发明内容：

本发明的目的是为了解决在不对主用户造成过量干扰的前提下，认知无线电网络中的次级用户通过合理选择路径和时隙，以获得尽量高的吞吐量的问题；鉴于此，本发明提出了一种分布式的路由和时隙分配方案，节点之间通过局部信息的交互，可以寻找到既能满足主用户干扰门限限制同时又能够增大次级用户吞吐量的路由和时隙分配方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，其特殊之处在于以下步骤之中：

1）综合次级用户对主用户干扰和次级用户吞吐量这两个因素，设计路径测度，进行反应式路由发现过程；

2）在已经选定的路径上对路径的瓶颈容量链路进行迭代分配时隙，提升次级用户的吞吐量。

在上述方案中，步骤1）的具体操作如下：

1-1）需要通信的认知源节点s初始化路由请求消息RREQ（Route REQuest）中的路径测度值PCost置为0并使用控制收发机在公共控制信道上广播该RREQ;

1-2）当中间节点j收到从节点i发送的请求消息RREQ时，计算链路l_ij的链路测度：

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