收稿日期: 2011唱01唱08; 修回日期: 2011唱02唱21 基金项目: 国家“863”计划资助项目(2009AA01Z243)
作者简介:彭易(1986唱) ,男,四川眉山人,硕士,主要研究方向为无线 Mesh 网络、认知无线网络( piaoyi_fly@163.com);朱磊(1973唱),男,教授,
博士,主要研究方向为网络管理、战术互联网;刘玲(1983唱) ,女,硕士,主要研究方向为无线 Mesh 网络.
认 知 无 线 Mesh 网 络 信 道 接 入 与 路 由 协 议 研 究
倡
彭 易, 朱 磊, 刘 玲
(解放军理工大学 通信工程学院, 南京 210007)
摘 要: 针对认知用户可用频谱动态变化,数据链路由于无可用的授权信道而无法建立,导致路径中断的问题,
引入了具有拥塞感知能力的多径路由协议。 认知用户可通过在多条路径中选择具有 SOP 交集的下一跳节点进
行通信,降低主用户在授权信道上出现对认知用户数据传输带来的干扰;并在路由协议中采用了拥塞控制技术,
通过对节点的拥塞情况进行感知,可有效避免瓶颈节点的出现。 仿真结果表明,该协议在认知无线 Mesh 网络
中,能较好地减小端到端延迟,提高数据包的成功投递率,增加网络的整体吞吐量。
关键词: 认知无线电; 多径路由; 信道接入; 拥塞控制
中图分类号: TN915 文献标志码: A 文章编号: 1001唱3695(2011)08唱3086唱04
doi:10.3969 /j.issn.1001唱3695.2011.08.079
Research on channel accessing and routing in cognitive wireless Mesh network
PENG Yi, ZHU Lei, LIU Ling
( Institute of Communication Engineering, PLA University of Science & Technology, Nanjing 210007,China)
Abstract: This paper introduced the multi唱path routing protocol into solving the problem of data link failure caused by lack of
available idle licensed channel.It would reduce the influence of the link failure by choosing the next hop node that had the in唱
tersection of SOP from the several paths.In addition, this protocol avoided the appearance of congested node by utilizing con唱
gestion control mechanism.The simulation results demonstrate that, in CWMN, this protocol can reduce the average end唱to唱
end delay, improve the data packet delivery ratio and increase the network throughput effectively.
Key words: cognitive radio; multi唱path routing; channel access; congestion control
0 引言
随着无线通信产业的迅速发展,有限的频谱资源同不断增
长的无线应用需求之间的矛盾越来越突出。 与此同时,在已分
配给合法用户的频段中,从时间和空间角度来看,又存在着频段
利用率较低的问题。 为解决这个问题, Mitola 等人
[1]
于 1999 年
首先提出认知无线电的概念,并在其博士论文中对此进行了进
一步的阐述。 根据美国联邦通信委员会(Federal Communica唱
tions Commission,FCC)的定义,认知无线电是一种智能无线通信
系统,其能够感知外界环境,并使用人工智能技术从环境中学
习,有目的地通过实时改变某些操作参数(比如传输功率、载波
频率和调制技术等),使其内部状态适应接收到的无线信号的统
计性变化,从而实现在任何时间任何地点的高可靠通信,以及对
异构网络环境有限的无线频谱资源进行高效的利用
[2]
。
随着认知无线电研究的逐步深入,人们对基于认知无线电
这一技术平台的终端组网问题也越来越重视。 认知无线 Mesh
网络(CWMN)结合了认知无线电与频谱分配技术,使其具有
动态频谱接入(dynamic spectrum access, DSA)的能力。 CWMN
中的用户可分为两种类型:主用户(primary users),即享有频谱
资源使用授权的用户;认知用户(cognitive users),即需要临时
使用授权频谱资源,但又没有得到授权的用户。 FCC 规定,在
CWMN 中认知用户可以在不影响到主用户正常工作的前提
下,通过对授权频段进行监听,利用其空闲时段进行接入。
路由研究是 CWMN 研究的一个重要方面,相关研究工作
才刚刚开始。 由于频谱动态接入带来的节点可用信道随时间
和空间变化的特性,使得认知无线电网络路由问题呈现出不同
于传统网络的特质。 目前,针对 CWMN 的路由设计方法主要
有以下研究成果:文献[3] 中,通过收发器切换到公共控制信
道发送控制信息 RREQ 和 RREP,完成路由的建立过程。 源节
点向邻近节点发送 RREQ 消息,其中含有节点的可用信道信息
SOP (spectrum opportunities)。 邻近节点收到 RREQ 后,如果消
息中封装的 SOP 同节点自己的 SOP 有交集,则附加上自己的
SOP 后转发 RREQ;如果不存在交集,则抛弃该消息。 当目的
节点收到 RREQ 后,在 RREQ 中封装的 SOP 同自身 SOP 交集
中选取一个信道,并封装 到 RREP 消息 中发送 给向它发 送
RREQ 消息的节点(事实上为路由中的中间节点),作为二者之
间通信的信道。 源节点收到 RREP 消息后,根据 RREP 中记录
的路由节点和信道信息,开始数据传输。 但在 CWMN 中,由于
授权信道上主用户的出现,导致 SOP 的动态变化,因此路由协
议指定的信道在链路上并不一定可用,不能较好地实现授权信
道的动态接入。
文献[4]中,路由建立过程同文献[3]类似,同样包括从源
节点到目的节点发送 RREQ 消息,以及从目的节点到源节点发
送 RREP 消息建立反向路由两个过程。 所不同的是,文献[4]
不依赖公共控制信道,因此 RREQ 消息在当前节点所有可用信
道上广播。 文献[4] 中定义了一类特殊的节点,称为交换节
点。 交换节点上有多个业务流,需要通过不同的信道传输。
为
第 28 卷第 8 期
2011 年 8 月
计 算 机 应 用 研 究
Application Research of Computers
Vol.28 No.8
Aug.2011