[发明专利]一种CWMN中资源节约的分布式组播与频谱分配方法

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网络中满足QoS约束的资源节约的分布式组播路由与频谱分配方法。

背景技术

认知无线Mesh网络（cognitive wireless mesh network, CWMN）中，每个Mesh节点都使用认知无线电（cognitive radio, CR）技术，对于每个配备CR的Mesh节点(CR-Mesh路由器、CR-Mesh网关、CR-Mesh终端)，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。

本发明主要考虑CR-Mesh节点已经获得可用信道条件下的以资源节约为目标的分布式组播路由与频谱分配方法。

资源节约的组播路由树构造与频谱分配问题关注的是如何充分利用无线广播特性节约射频资源。当一个节点使用某个信道发送一个数据包给他的某个邻居的时候，由于广播特性的存在，该节点的所有工作在该信道的邻居节点都能收到这个数据包。组播路由树中使用的射频资源数等价于组播树中的传输次数，以资源节约为目标等价于以最小化传输次数为目标。

在CWMN中，由于主用户（primary users, PU）占用授权信道的随机性，CR-Mesh节点感知的可用信道数存在异构，这将使得CWMN中构造资源节约组播路由树问题变得更加复杂。经查阅相关文献，未见有关针对认知无线Mesh网络中满足QoS约束的以资源节约为目标的分布式组播路由树构造与频谱分配问题的报道。

鉴于以上考虑，本发明提供了一种认知无线Mesh网络中满足QoS约束的以资源节约为目标的分布式组播路由与频谱分配方法。

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网络中满足QoS约束的资源节约的分布式组播路由与频谱分配方法，通过有效的构造组播路由树与频谱分配最小化组播路由树消耗的射频资源数。

发明的技术解决方案如下：

我们将静止的CR-Mesh节点组成的CWMN建模为一个无向图                                                ，其中V表示CR-Mesh节点的集合。E表示链接两个能相互通信的CR-Mesh节点的无线链路的集合，两个CR-Mesh节点能相互通信的前提是两个CR-Mesh节点必须至少具有一个相同的可用信道，并且满足通信距离的约束，以及认知射频接口数约束。当前网络环境，可用信道的集合，信道的带宽用，一般情况下，不同信道具有不同的带宽，即,。每个节点都有一个感知的可用信道集合，以及一个认知射频数。每个节点均存在一个通信距离和一个干扰距离，本发明。

表示节点和节点之间的物理距离。表示节点的邻居节点集合，即。表示节点和节点相同可用信道集合，即。

认知无线Mesh网络中满足QoS约束的资源节约的分布式组播路由树构造与频谱分配问题即：给定无线组播业务，其中表示组播源节点，表示组播目的节点集合，表示QoS约束，本发明的QoS约束指带宽约束，其目标是要求构造满足QoS约束的包含和中所有目的节点的资源节约的组播路由树，具体体现在最小化组播树的输次数，即，不但满足QoS约束，还要使得组播数的传输次数最小。

表示给无线链路在的组播树中分配的信道为，表示没有给无线链路分配信道。同一条无线链路可以分配多个信道，表示无线链路分配的信道集合，表示节点分配的信道集合。所有节点采用半双工方式工作，存在一个公共控制通道(common control channel，CCC)用于各CR-Mesh节点之间传递控制信息。

本发明的目标是最小化射频资源数的使用，即最小化组播树的传输次数。最小化组播树的传输次数等价于最小化所有传输节点的传输次数，最小化传输节点的传输次数等价于最小化传输节点工作的信道数，最小化传输节点工作的信道数可以通过最大化传输节点每一个信道可达的邻居节点数，传输节点在信道的可达邻居节点数，即为传输节点的邻居节点中具有信道的邻居节点数，用表示，即节点的邻居中，与节点一样具有可用信道的邻居节点集合。因此，最小化组播树的传输次数等价于最大化节点的邻居节点中，与节点一样具有可用信道的邻居节点集合。

本发明构造组播路由树与频谱分配的目标是最小化使用的射频资源数，组播路由树中使用的射频资源数等同于组播路由树的传输次数。因此，最小化传输次数即为最小化射频资源数的使用。

本发明提出的满足QoS约束的资源节约的分布式组播路由与频谱分配方法的步骤如下：

1、计算所有无线链路的权值，无线链路权值的计算包含以下步骤：