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首页改进的Overlay-Underlay路由算法优化混合式CRN性能
本文主要探讨了"基于Overlay-Underlay的功率控制路由算法",发表于2013年7月的《电子科技大学学报》第42卷第4期。论文由黄玉清、王娇和江虹三位作者来自西南科技大学信息工程学院,位于四川绵阳。研究背景是针对当时混合式认知无线电网络(Hybrid Cognitive Radio Network,CRN)中存在的频谱共享模型缺陷,尤其是如何有效处理干扰和时延问题。 作者们提出了一种新颖的路由策略,它采用Overlay-Underlay架构,这种架构在传统网络结构上增加了层次化的设计,通过叠加和底层网络协同工作来优化频谱利用率。路由分析基于着色图理论,这是一种图形理论在路由算法中的应用,有助于寻找最优路径。 论文的核心算法以最短路径和链路状态作为路由指标,这意味着算法旨在找到网络中连接源和目标节点的效率最高且稳定性的路径。同时,为了减少干扰,算法以最小累积干扰为目标进行信道分配,优先选择空闲的授权信道,只有在这些资源不足时,才会考虑利用功率冗余进行接入。这种功率控制机制不仅保证了通信质量,还提高了整体网络的性能。 仿真研究结果显示,与现有的路由算法相比,基于Overlay-Underlay的功率控制路由算法显著提升了网络的吞吐量,降低了丢包率,并减少了端到端时延。这表明该算法在复杂网络环境中具有更好的适应性和效率,对于优化无线网络的资源管理和性能具有实际价值。 关键词包括:信道分配、混合式认知无线电网络、功率控制、路由算法和频谱共享,这些关键词反映了论文的研究重点和核心概念。这篇论文为理解和改进认知无线电网络的动态频谱共享策略提供了一个重要的理论基础和技术解决方案。
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第 42 卷 第 4 期 电 子 科 技 大 学 学 报 Vol.42 No.4
2013年7月 Journal of University of Electronic Science and Technology of China Jul. 2013
基于Overlay-Underlay的功率控制路由算法
黄玉清,王 娇,江 虹
(西南科技大学信息工程学院 四川 绵阳 621010)
【摘要】对现有混合式认知无线电网络频谱共享模型进行改进,解决了现有路由算法在干扰与时延处理方面的缺陷,提
出了一种基于Overlay-Underlay频谱共享的路由算法。该算法以着色图为路由分析模型,以最短路径和链路状态作为路由指标,
以最小累积干扰为信道分配指标,优先接入空闲授权信道,否则利用功率冗余接入,发展了一种具有功率控制的端到端路径
选择和信道分配方法。仿真研究结果表明了该算法的有效性,与现有路由算法相比,提高了网络吞吐量,降低了丢包率和端
到端时延。
关 键 词 信道分配; 混合式认知无线电网络; 功率控制; 路由算法; 频谱共享
中图分类号 TN915 文献标志码 A doi:10.3969/j.issn.1001-0548.2013.04.004
Power Control Routing Algorithm Based on Overlay-Underlay
HUANG Yu-qing, WANG Jiao, and JIANG Hong
(School of Information Engineering, Southwest University of Science and Technology Mianyang Sichuan 621010)
Abstract Based on overlay-underlay spectrum sharing model, a routing algorithm for hybrid cognitive radio
networks is proposed to improve the existing spectrum sharing model and to solve the deficiency in processing
interference and delay of other algorithms. Taking shortest path and link state as routing metric and minimum
cumulative interference as channel assignment target, the algorithm uses coloring graph as routing analysis model
to develop an end-to-end path selection and channel assignment method with power control. Simulation results and
comparison with existing routing algorithm show that the proposed algorithm can improve network throughput,
reduce packet loss rate and end-to-end delay.
Key words channel assignment; hybrid cognitive radio networks; power control; routing algorithm;
spectrum sharing
收稿日期:
2011 10 01;修回日期:
2013 04 06
基金项目:国家自然科学基金(61072138);四川省科技厅应用基础研究项目(2010jy0173)
作者简介:黄玉清(1962 ),女,教授,主要从事认知无线电技术、图像信息处理等方面的研究.
认知无线电(cognitive radio,CR)是一种智能无
线电技术
[1]
。目前针对CR技术的研究主要集中在频
谱感知、频谱分配以及性能优化等方面
[2]
。随着研
究的进一步深入,基于CR技术的组网问题变得不容
忽略,而路由技术作为认知无线电网络(CRN)的关
键技术,其研究具有重要意义。
认知无线电网络模型包括集中式、分布式与混
合式,而混合式模型具备前两者的特点。认知用户
(次用户)择机使用授权信道,其优先级低于主用户,
属于频谱共享模型中的垂直共享模型,适用于混合
式CRN。垂直共享模型包括Overlay和Underlay两种
方式,Overlay方式只允许认知用户接入空闲授权信
道,主用户与次用户使用的频谱不重叠;而Underlay
方式在保证不干扰主用户通信的前提下择机接入授
权信道,此时与主用户共用同一段频谱。在路由分
析模型方面
[3]
,已有分层图模型、冲突图模型、着
色图模型、混合整数线性规划等,而着色图模型具
有较低算法复杂度
[4]
。
基于Overlay频谱共享模型的路由研究有一定
进展
[5-7]
,这些方案存在对交叉节点影响网络通信性
能考虑的不足,以及认知用户只能使用空闲授权信
道的局限性。为获得更宽的频带,采用Underlay频
谱共享方式
[7]
,通过为主用户定义保护等高线从而
避免对主用户的干扰,实现一种Underlay频谱共享
方式,但该方式未考虑主用户功率冗余的利用。本
文提出一种基于Overlay-Underlay频谱共享模型,利
用着色图模型作为混合式CRN信道分配和路由选择
的分析模型,优先采用Overlay频谱共享方式接入空
闲授 权 信 道 , 当不存 在 空 闲 授权信 道 时 , 利 用
Underlay频谱共享方式接入非空闲授权信道,以链
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