认知无线电网络的树型路由协议及性能评估

埃及信息学杂志18（2017）95全文一种用于认知无线电网络的树型路由协议Mohammed Hashema，Shrief Barakatb，Mahmoud Atta Allab，a计算机和信息科学系，AinShams大学，开罗11566，埃及b埃及曼苏拉大学计算机与信息学院，曼苏拉35516阿提奇莱因福奥文章历史记录：2016年2月20日收到2016年10月15日修订2016年10月31日接受2016年11月10日在线发布保留字：主要用户（PU）次要用户（SU）信道分配路由分组投递率（PDR）A B S T R A C T认知无线电（CR）技术是解决传统固定频谱管理策略导致的频谱拥塞和频谱接入利用率问题的灵活解决方案。CR技术可以利用未使用的许可频带来满足对无线电频率的日益增长的需求。CR网络中的路由过程面临着许多挑战，如缺乏集中式的基础设施，路由模块和频谱管理模块之间的协调，以及频繁的链路故障由于PU的突然出现。本文提出了一种认知无线电网络树路由协议（C-TRP），该协议将树路由算法与频谱管理模块相结合用于路由决策，并提出了一种新的用于最佳路由决策的度量。 此外，我们对传统的树路由算法进行了改进，采用邻居表技术提高了数据包的转发速度。此外，我们增加了一个强大的恢复模块C-TRP恢复网络的情况下，链路故障。C-TRP设计的主要动机是快速数据传输和最大化数据速率。在NS2仿真器上进行了性能评估。 仿真结果表明，C-TRP协议在平均PDR、端到端时延和路由开销比等方面均优于©2016制作和主办由Elsevier B.V.代表开罗计算机和信息学院大学这是一篇CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍无线电频谱是由国际政府机构监管并分配给许可运营商的自然资源使用固定频谱分配策略[1]。这种固定的分配政策在过去是足够的。但是，根据联邦通信委员会（FCC）的报告，由于无线应用和设备的快速发展，该政策变得不足[2]。这些最近的报告[3，4]表明，频谱的使用率相当低由于在某些地方浪费了宝贵的资源（频谱带）。FCC强调，通过固定分配策略分配的许多频段的平均利用率在15%到85%之间变化[5]。*通讯作者。电子邮件地址：m3ttaalla@gmail.com（M.阿塔阿拉）。开罗大学计算机和信息系负责同行审查。我们可以通过应用Mitola[6]提出的认知无线电（CR）概念来克服这个问题并有效地利用未使用的无线电频带。Mitola已经提出，当授权用户被授权时，通过允许未授权用户接入频谱带，可以最好地使用频谱空洞。不可用.许可用户被称为主用户（PU），而未许可用户被称为次用户（SU）或CR节点。PU是在任何时间和任何地点具有使用频带的绝对权限和更高优先级的用户SU是仅作为访问者使用频谱带的用户，PU不可用的时间。在CR网络中，节点配备有频谱捷变无线电，该频谱捷变无线电可以监视、扫描可用信道（频谱感测）、改变其配置参数并将其发射机调谐到合适的空闲可用信道，以便在PU不可用时使用它，并在PU返回时释放它[7]。本文主要研究认知无线电网络中的路由模块路由过程是寻找从源节点到目的节点的最佳路由的过程。多跳CRN中的路由面临着许多挑战。第一个是路由模块和频谱管理模块之间的协调[8]。第二个挑战是由于PU的突然出现而导致的频繁链路故障[9]因此，http://dx.doi.org/10.1016/j.eij.2016.10.0011110-8665/©2016制作和主办Elsevier B. V.代表开罗大学计算机和信息学院这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。制作和主办：Elsevier可在ScienceDirect上获得目录列表埃及信息学杂志杂志主页：www.sciencedirect.com96M. Hashem et al./ Egyptian Informatics Journal 18（2017）95CRN必须有一个强大的恢复模块来恢复网络的稳定性。任何路由协议都包含三个主要部分：第一部分是路由度量，即如何选择从源到目的地的最佳路由的标准;一个是包含路由信息的数据结构，第三个是在相邻节点之间交换以共享路由信息的消息。在过去的几年里，已经提出了许多路由协议的CRN除了保护PU传输[10]的主要目标之外，每个协议都是基于不同的设计目标提出的，这些目标改变了先前组件的类型。一些协议寻求减少本文的主要工作如下：首先，提出了一种树型认知无线电网络路由协议C-TRP。C-TRP有效地协调树路由模块和信道分配模块之间。其次，我们通过增加邻居表技术来增强C-TRP中使用的树路由算法。C-TRP采用邻居表来减少传统树算法中路由过程的开销。节点在发送分组之前咨询邻居表，在树中向上（父）或向下如果节点在邻居表中找到目的节点，它将直接向其转发数据包;否则，它将根据路由表的数据在树中向上或向下发送数据包。第三，我们还提出了新的路由度量，即路径延迟。路径延迟包括交换延迟和排队延迟。路由度量用于对端到端可用的信道进行最后，我们提供了一个强大的恢复模块，我们的路由协议，以处理频繁的链路故障，由于PU活动的渠道。本文的其余部分组织如下。第二节介绍了相关的工作，第三节详细介绍了C-TRP，第四节给出了我们的性能评估和模拟结果，第五节总结了本文和未来的工作。2. 相关工作在本文中，我们应用树路由协议的认知无线电网络（C-TRP）。基于树的路由以前用于大规模无线网络。例如，在IEEE 802.16 j[17]中使用，其中在日本使用无线网络类型，并且无线陆地类型在2.4 GHZ频带和用于传感器无线网络的Zig-Bee标准[18]上在基于树的路由协议（TRP）中，节点之间的链路仅由父子关系控制。TRP从如图1所示的物理网状网络拓扑以树的形式构建节点的分层和逻辑映射。TRP是一种层次模型路由协议，其具有由父节点连接的一个根节点和连接到子节点的子节点。根节点通过它的父母。这种拓扑消除了路径搜索[26]，并避免了在许多路由协议中出现的大量广播消息，例如AODV协议是无线自组网中最著名的路由协议. AODV使用跳数作为路由度量。AODV[20]有两种消息类型。第一个是一个路由请求消息（RREQ），当一个节点需要一个路由时，它被广播。第二消息是从目的 地 节 点 或 具 有 到 目 的 地 的 路 由 的 中 间 节 点 发 送 的 路 由 应 答（RREP）。Fig. 1. 物理网状拓扑。TRP的主要缺点是它增加了端到端跳数。我们通过使用neighbor表来减轻这个缺点。邻居表在无线网络中使用的大多数TRP中没有得到充分利用，并且也没有在CRN中使用的所有TRP中使用，例如“基于频谱树的多跳认知无线电网络需求路由协议（STOD-RP）”[21]和“基于认知树的一旦节点开始加入树，就构建邻居表。节点首先发现所有周围的节点（父节点，一些其他相邻节点）。节点搜索所有可用的邻居，并找到最好的父节点加入树。必须定期刷新邻居表AODV[20]通过在特定周期与邻居交换hello消息来更新其邻居表信息。在本文中，我们实现了一个C-TRP，并将其与其他两个相关的多跳多信道CRN路由协议STOD-RP[21]和CTBR[22]协议进行了比较。在STOD-RP协议中，作者提出了“基于频谱树的按需路由协议（STOD-RP）”。STOD-RP解决了路由模块和频谱决策管理模块的集成问题.在STOD-RP中，协议为每个频谱建立一棵树，并从现有节点中选择一个CR节点作为根节点。根节点包含关于频谱带（忙-闲）状态的所有信息。根节点基于具有最大数量的频谱带并且具有最长的频谱可用周期的节点来选择。STOD-RP使用统计PU活动和SU服务质量（QoS）要求作为路由选择的度量。STOD-RP的缺点：首先，它运行基于主动树的路由以建立从节点到根节点的路由，然后使用按需路由发现来搜索目的地节点，这可能导致处理开销和更长的延迟。 第二个缺点是STOD-RP没有使用专用的公共控制信道（CCC），而是使用每个频谱树中的一个可用信道来传输数据和控制消息，这降低了端到端吞吐量和分组投递率，并且由于可用信道的动态特性而扩展树路由算法的另一种方法是基于认知树的路由（CTBR）。CTBR具有增强的基于树的路由以适应多个无线系统。在CTBR中，通过将基站配置为树根节点来构建树根M. Hashem et al./ Egyptian Informatics Journal 18（2017）9597-节点周期性地向所有节点发送根通告（RANN）消息当节点接收RANN消息时，它将发送该消息的parent缓存为潜在的父节点。然后，每个节点基于从节点到根节点的最佳路径度量从潜在父节点中选择一个父节点。对于注册过程，当每个节点接收RANN消息时。它通过根应答（RREP）消息进行应答以记录自身在根节点。最后，根基站通过在其路由表中注册可以到达拓扑中的所有CR节点的所有节点来构建树。提出了两种用于链路度量计算的路由决策方案。第一个模式是全局决策模式。 全局决策模式是从以下路径选择的度量：首尾相连第二种模式称为局部决策模式，它根据最小负载接口选择最佳接口进行传输。CTBR的主要缺点是该协议主要依赖于被配置为树根节点的固定基站，并且这不适用于节点以ad hoc方式分布和通信的分布式认知无线电网络（CRN）3. 路由协议（C-TRP）本文介绍了一种高效的路由协议-在我们提出的协议中，树结构拓扑开始于周期性地发送根广告（RA）消息，在每次广告期间增加序列号任何节点监听RA消息，存储它为其接收广告消息的节点，因为它是潜在的父节点，并且用更新的累积成本重新广播RA消息。在等待通过节点的接口从可用的其他信道到达的其他RA具有到根节点的已知路径的节点必须回复向根节点发送节点确认（NA）消息，并且根将节点存储在其路由表中。接收到NA消息的每个中间节点向其选择的最佳父节点转发NA消息，同时更新其与NA消息中的源节点的路由表。最后，根节点可以学习所有节点，并建立一个树形拓扑结构，以到达网络中的任何节点。我们提出的C-TRP是在一个频段上的所有连接节点之间进行通信。每个节点基于从其他相邻节点接收的信息执行C-TRP。该算法在网络中选择一个参考点，并计算到该参考点的所有路由。当发现冗余路径时，C-TRP算法选择一个信道来转发消息，并禁止或阻止另一个信道上的转发，以避免干扰，并实现频谱在SU之间的公平分配许多作品[23，24]已经考虑了SU之间吞吐量公平性最大化的标准。顾名思义，C-TRP计算一个树结构，跨越特定频谱带中的所有节点冗余通道被置于阻塞或备用状态，以防止数据转发。然后，节点网络处于无干扰状态。然而，如果转发信道失败或变得不可用（主用户占用它或其他次要用户使用它），所提出的算法重新计算频谱树拓扑结构，使得可以重新激活正确阻塞的信道（信道切换）。3.1. 节点ID分配每个节点在频谱树中有其唯一的节点ID[14]节点的节点ID是{A0A1.. . A n }，其中A0是形成频谱树的频谱带的数目，并且它也是该频谱树中的根的Node-ID。（n）：是距离根的跳数。{A0 A1... 1是节点通过这种方式，Node-ID很容易地指示到根节点的主动路由3.2. 建议的路由协议（C-TRP）步骤第一步：C-TRP由根节点发现阶段开始，如图2所示。在该步骤中，节点在由节点检测到的所有信道上广播根通告（RA）消息。 RA消息包含如图所示的许多字段。3.第三章。每个节点从其所有信道发送RA消息首先，每个节点通过将Root-ID值设置为等于Node-ID值来将其自身视为根节点。节点将SeqNo的值设置为零，并在所有可用信道上广播RA消息当CR节点接收RA消息时，节点将接收到的消息的信息与已经在接收方节点存储器中的信息进行比较。图二. C-TRP流程图。98M. Hashem et al./ Egyptian Informatics Journal 18（2017）95图三. 根广告（RA）消息格式。见图4。 选择根节点伪代码。每个CR节点将接收到的RA消息中的SeqNo值与存储在其存储器中的值进行比较，如图4所示。SeqNo是变量号，当CR节点发送或重新广播RA消息时，该变量号从零开始，每次递增一。 具有最高SeqNo值的节点被选为拓扑中的CR根节点。我们更喜欢SeqNo最高的节点，因为SeqNo反映了节点的年龄长度。节点的年龄越大否则，如果SeqNo相等（即CR节点开始运行C-TRP），则节点将Root-ID值与其Root-ID进行比较。节点选择具有最高节点ID的节点作为根节点。因此，根选举过程通过选择具有最高SeqNo值或最高Node-ID的一个节点作为根节点来结束，如图1B所示。 五、节点用新的Root-ID信息更新其Root-ID，并将消息泛洪到所有邻居。很快，选举就开始了，所有节点都同意其中一个是根节点。在根选择程序完成后，如图所示。 4，所选择的根节点成为生成RA消息的唯一节点。当接收到RA时，树分支中的中间节点重新广播RA。一旦RA消息与新的根ID一起广播，树就开始生长。一旦节点接收到RA消息，它们将处理以下步骤：首先，节点检查SeqNO值;其次，如果节点具有值，图五. 根节点选举。大于或等于存储在它们的存储器中的值时，它们执行提醒步骤，否则节点丢弃消息。第二步：交换RA消息的目的：首先是根节点选举过程。第二，如果节点没有直接连接到根节点，它会选择一个父节点到达根节点，称为最佳父节点，如图所示。 二、第三步：选择根信道，现在已经为频段节点提名并选举了一个参考点，每个非根节点必须计算出根节点或最佳父节点。这个动作可以通过从每个非根节点上的可用通道中只选择一个根通道来执行，如图所示。第六章实线表示根通道。根通道总是直接指向当前根节点，或者通过最佳父节点方式间接指向当前根节点。我们提出的协议使用成本或度量的概念来确定根通道涉及评估根路径成本。该值是通向根节点的所有通道的累积成本。每个节点我们将在下一节中详细解释路径成本。见图6。 根通道选择。M. Hashem et al./ Egyptian Informatics Journal 18（2017）9599在该步骤中，根节点开始发出RA消息，其中路径成本等于RA消息在其上发送的每个信道的成本值当邻居的节点接收到RA消息时，节点执行两个第一种方法是节点将RA消息中携带的路径代价值与之前从其他信道接收到的路径代价因此，每个节点根据最低路径成本选择根信道，并将其存储在路由表中。第二步，每个节点通过将每个信道的节点成本相加来计算总路径成本，并将新的路径成本洪泛到所有邻居。路径成本沿下游节点增加每个节点接收RA消息，其用称为节点确认（NA）消息的根节点注册消息来回复，如图7所示。NA消息通过根信道被发送到根节点以加入树。所有中间节点（在节点和根节点之间）在其路由表中将该节点记录为子节点。第四步：确定根节点，每个节点用具有最佳路径代价值的单根信道连接到根节点。如图6所示的树结构开始出现，但链路仅在此时被识别为了消除干扰的可能性，实现公平性，我们提出的C-TRP将提醒信道标记为非根信道或替代信道，如图6中虚线所示。这些通道被切换到禁用状态。当根信道不可用时，CR节点将备选信道中的最佳非根信道提升为路径代价最低的新根信道。第五步：图8示出了在每个节点处发生的转发过程。当节点接收到数据消息时，节点用其邻居表检查目的地节点。每个CR节点保持邻居表，该邻居表包含所有第一跳邻居如果目的地节点在其邻居表中，则节点直接转发消息，否则节点利用其路由表中的信息检查目的地节点，以将分组向下转发到其子节点或向上转发到其最佳父节点。3.3. C-TRP路由度量计算我们的路由协议使用路径成本的概念或路径的路由度量选择根通道到达根节点。在认知无线电网络中，为认知无线电节点分配信道有几种准则，这些准则根据每个算法的目标目标而变化。见图7。RA和NA消息流。见图8。 转发策略伪代码。路径成本是我们从特定节点到根节点使用的累积通道成本。因此，我们有两种成本类型：第一种是节点从路径成本字段中的RA消息接收的报告成本和节点成本，即。总成本等于父节点的路径成本（报告的）加上节点的成本。在本文中，我们发现延迟在信息传播速度中起着重要的作用。因此，我们使用它作为一个度量在我们提出的协议，以评估候选信道的有效性，选择一个可用的信道作为根信道在每个节点。在我们以前的工作[25]D交换和信道排队延迟D交换，如等式2所示。（1）：延迟节点 1/4D开关式变频器切换延迟D切 换[26]是由谱带之间的交换引起的等待时间。在[26]中，研究证明，更多的通道切换会对性能产生负面影响。因此，在我们提出的路由协议，我们试图选择最低的信道延迟。在端到端会话中，数据包从一跳发送到另一跳以到达目的地;因此，在每一跳，节点根据信道成本切换到不同的信道因此，当我们需要计算路径的成本和在不同通道之间移动所需的时间时，将其考虑在内是必然的大多数作品使用静态时间作为切换延迟[27]。有些工作通过信道开关数目来估计开关延迟，但是，这些工作仅在信道具有相同宽度的情况下才能给出合理的结果在研究[27]中，作者证明了开关延迟为40 ms至80ms。在无线电频谱上，切换延迟按比例取决于信道的宽度和两个信道（前者和后者）的相对位置。在本文中，我们使用[28]中使用的切换延迟。从一个频带到另一个频带的切换在20 MHz到3 GHz的频率范围因此，我们使用以下等式。（2）计算开关延时：100M. Hashem et al./ Egyptian Informatics Journal 18（2017）95X×D开关1/4r j频段i-频段jj 20其中D切换信道延迟时间是从频带（i）到频带（j），并且对于频率范围中的10 MHz步长，r恒定等于10 ms[28]。第二个延迟参数，即排队延迟[28]树的变化可能发生在许多情况下;要么“寻找最佳新路径”，“链接失败”或“根通道变得不可用”。第一种情况，CR节点接收到具有比当前路径成本更好的路径成本的RA消息。在这种情况下，CR节点检查：D.是数据包等待的时间通道，则节点将新通道提升为根通道和节点修改路由表等待其他数据包完成传输。如果我们得到每个频带i上的竞争节点的数量n，则频带i上的排队延迟[28]表示为阿吉-1新的最佳根频道第二种情况，如果RA消息是从具有最低成本的另一方接收的，则CR节点发送Tree拓扑改变在一个实施例中，每个节点可以经由当前父节点向根节点发送TTC（TTC）消息，并且每个TTC消息可以经由当前父节点向根节点发送。D型密封带i×XPnð3Þ前一个路径中的中间节点会从其n¼1;n其中，流n中的Pn分组大小，Bi是频带i下的带宽。从（1）另一方面，让流使用现有的活动频带Bandi增加了Dfbi，从而使得Dfbi更大。然后，我们将从源节点到目的节点的路径上的累积延迟表示为：H路径-成本延迟路由延迟节点140S！R其中，S是源节点，R是根节点，并且H在S到N之间跳变。R.节点分配适当的频带，实现最小的Droute，使得路由范围内的累积延迟最小化。当下一个最近的父节点接收到RA消息时，它将其节点成本添加到路径成本值，并重新广播具有新的累积路径成本的RA消息。路径成本值随树中每个节点而增加。每个节点选择最低信道作为根信道，将其上的数据发送到根节点。3.4. 路由恢复块CR节点通过使用Hello消息、邻居表和死间隔时间来维护树拓扑。Hello消息是在我们的拓扑中Hello消息是为了确保邻居仍然活着。在我们提出的协议中，我们使用一个公共控制信道（CCC）交换的问候消息。我们从称为工业、科学和医疗（ISM）频带的未经许可的无线电频带分配CCC信道从ISM频带选择CCC的原因是我们试图减少与PU节点的干扰，并且由于动态性质，我们不能从许可频带选择CCC信道。CR网络中的许可信道。这种动态特性将网络切换到不稳定状态。每个收到Hello消息的节点都必须回复一条Hello消息，以形成与该节点的邻接关系。节点将相邻节点存储在邻居表中。每个Hello消息都包含生存时间（TTL）字段。TTL是消息在被丢弃之前允许到达的CR节点的数量。在我们提出的协议中，我们将TTL值设置为1，以仅到达第一个邻居。每个节点都有一个死间隔计时器.如果死间隔到期并且节点没有从邻居接收到Hello，则节点从邻居表中删除邻居。dead-interval计时器值设置为大于hello计时器值。我们提出的路由协议是一个有效的和快速的收敛路由协议。它可以快速响应树的变化，快速恢复网络的稳定性。我们提出的解决方案有一个恢复块的流程图，由虚线矩形包围，如图所示。 二、路由表节点还向新父节点发送注册消息NA，并将新父节点作为新父节点记录在其路由表中。第三种情况：父节点不可用。如果CR节点在某个时间段（死间隔时间）内没有从最佳父节点接收到任何RA或Hello消息，则节点在其邻居表中查找替代父节点。如果neighbor表包含替代父节点，则CR节点选择最好的一个来成为最佳父节点，并且经由最佳信道发送NA消息。如果在节点的邻居表中没有找到替代父节点，则再次转到步骤14. 业绩评价和成果在本节中，我们通过网络模拟器NS-2[29]的数值模拟来评估C-TRP协议的性能，并扩展以支持多跳多信道认知无线电环境。NS-2可视化跟踪分析器[30]用于分析存储在NS-2跟踪文件中的仿真结果在不同的网络设置、环境（例如，信道条件、CR节点的数量）下执行模拟。4.1. 仿真设置表1总结了我们研究中使用的模拟参数。模拟区域为800 m 800 m。CR节点的数量是随机分布的250个节点。CR节点的传输范围为250 m。PU活动时间（Ton，Toff）遵循指数分布[31]空闲-忙碌模型。在该模型中，Ton状态表示信道被PU占用的时间，Toff状态表示信道没有PU活动的时间。Toff的平均值是E [Toff]，其对于每个通道设置为100 ms至600ms。每个信道状态在空闲和忙碌状态之间交替表1模拟参数。参数名称值模拟区域800 m× 800 m模拟时间1000 sE[T关闭] 100CR节点数量250个节点CR节点传输距离250 m频道数交通类型CBR数据包大小512字节数据包间隔每50 msMAC层IEEE 802.11传输层UDP传播模型2-射线地面反射PU检查间隔每5秒Hello消息定时器每隔0.5秒Dead timer每1.5秒RA消息定时器每3秒M. Hashem et al./ Egyptian Informatics Journal 18（2017）95101在数据发送/接收间隔期间，CR节点不能检测PU的活动的事实我们设置一对CR节点作为源和目的地在不同的地方，在树中随机选择的最小距离400米。CR节点之间的连接类型是UDP连接。在每个UDP会话中，我们设置一个恒定比特率（CBR）流，数据包大小为512字节。每个CR节点的传输周期为50 ms。每个通道的比特率等于2Mbps。MAC协议采用IEEE802.11b标准无线电传播类型为双向地面反射。我们进行了五次实验。每次运行进行1000 s。Hello消息间隔设置为0.5秒。RA消息间隔每3秒从根节点广播一次死间隔设定为三Hello Interval的时间。 传输过程被触发C-TBR85807570656055STOD-RP C-TRP10秒后。我们取每个指标的平均值和标准差，即：数据包传输率（PDR）：成功接收的数据包数量与生成的数据包数量之间的比率。100 200 300 400 500 600E[TOFF] ms见图10。不同PU活性模式下C-TRP、STOD-RP和CTBR之间的ETED比较。平均端到端延迟（ETED）：是延迟CTBR STOD-RP C-TRP的平均值通过路由从端点成功传输数据包的时间结束路由开销比率：是生成的控制数据包的数量与生成的数据包的总数之间的比率。我们通过与两个协议STOD-RP[21]和CTBR进行比较来评估我们提出的协议（C-TRP）的性能[22]在相同的环境设置下使用前四个度量。4.2. 数值结果在第一个实验中，如图2所示。 9-12，我们研究了PU活动持续时间对通道的影响。在该实验中，我们将每个通道的可用时间（即通道没有PU活动的时间）（Toff）从100 ms改变为600 ms。我们将通道忙时间（即通道被PU活动占用的时间）（Ton）固定为200 ms。0.710.690.670.650.630.610.590.570.55100 200 300 400 500 600E[TOFF] ms见图11。不同PU活动模式下C-TRP、STOD-RP和CTBR的路由开销比比较。1.210.80.60.40.20C-TBRSTOD-RP C-TRP0.90.80.70.60.50.40.30.2CTBR STOD-RP C-TRP100 200 300 400 500 600E[TOFF] ms200 250 300 350 400 450CR节点见图9。在不同PU活动模式下C-TRP、STOD-RP和CTBR之间的分组投递率比较。见图12。不同CR节点数下C-TRP、STOD-RP和CTBR的分组投递率比较。分组投递率（PDR）分组投递率（PDR）End To End Delay ETED（ms）路由开销比率●●●102M. Hashem et al./ Egyptian Informatics Journal 18（2017）95有10个频道。PU的数量是10随机分布在拓扑结构中。在图9中，仿真结果指示当可用时间低（100 ms）时PDR减小，并且当信道可用时间增加时PDR增加。该结果的理由是当信道可用时间低时，传输过程被PU业务中断;相反，当信道可用时间增加到600 ms时，允许节点本地做出选择最佳根信道和前向数据分组的决定。在图9中，如图所示，C-TRP优于其他两个（CTBR，STOD-RP）协议，因为当信道被PU占用时，C-TRP包含鲁棒恢复模块，并且节点促进下一个最佳度量信道成为根频道该模块使C-TRP能够有效地适应动态信道环境。图当Toff增加时，ETED减小。C-TRP输出-执行STOD-RP和CTBR，因为C-TRP考虑到0.850.80.750.70.650.60.55CTBRSTOD-RP C-TRP将路径延迟计为路由度量。路径延迟是所有中间节点从端到端的延迟之和节点的延迟包括排队延迟和切换延迟，如先前在等式（1）中所示。（一）.当节点试图转发数据包时，它会在分配新信道和使用当前活动信道之间进行平衡。如果CR节点使用新的信道，则可以避免排队延迟，但要付出切换延迟的代价;否则，如果CR节点使用当前的活动信道，则可以避免切换延迟，但要付出切换延迟的代价排队延迟。这种负载平衡在可用信道之间分配流量负载，从而降低ETED。 另一方面，CTBR和STOD-RP沿路径从一端到另一端使用相同的通道。如图1和图2所示，如图11和12所示，当信道可用时间增加时，开销减少。这是因为当信道可用时间增加时，树的建立变得稳定和一致，但如果信道状态频繁变化，则会导致路由失败，此时节点试图进入发现过程并重新加入树，节点发送更多的控制分组以重新恢复树，从而导致开销率增加在第二个实验中，Figs。在图11 - 14中，C-TRP性能被评估和分析为CR节点数量的函数。我们将PU数固定为10。PU活动时间Ton和Toff设置为600 ms。在参考PDR的图11中，我们注意到，通过增加CR节点的数量，C-TRP的PDR也得到改善。的CTBR STOD-RP C-TRP75706560555045403530200 250 300 350 400 450CR节点图十三. 不同CR节点数下C-TRP、STOD-RP和CTBR之间的ETED比较。200 250 300 350 400 450CR节点见图14。不同CR节点数下C-TRP、STOD-RP和CTBR路由开销比的比较。原因是我们的C-TRP通过邻居表技术增强在C-TRP中，树中的任何CR节点都可以将分组转发到目的地CR节点。如果CR节点在其邻居表中找到目的地节点，则它将直接将分组转发到目的地，否则如果它在邻居表中没有找到目的地节点，则它将如图7所示将分组转发到根节点，从而导致如图10所示的C-TRP的PDR与CTBR和STOD-RP相比的改进。在CTBR和STOD-RP中，根节点是可以将分组转发到目的地的唯一节点，因此当业务负载增加时，根节点拥塞，这导致更多的分组排队和丢弃，并影响PDR。图 当CR节点的数量增加时，拓扑中CR节点的密度增加，并且这导致CR节点找到许多不受PU业务影响的可用路由。C-TRP基于路径的延迟从这些可用路由中选择最佳路由，如前所述。所以，当CR节点的数量增加时，ETED减小。在图14中，我们测量作为各种CR节点数量的函数的控制开销比。控制业务开销比率随着CR节点数量的增加而增加，因为随着CR节点的数量增加，问候消息的数量重新广播更多的RA，并且注册消息的数量增加，因此开销比率增加。相反，STOD-RP和CTBR在路由发现过程中使用广播请求消息，并且这些消息随着CR节点数量的增加而增加;因此，C-TRP比STOD-RP和CTBR开销更少。5. 结论本文提出了一种用于认知无线电网络的树型路由协议（C-TRP），以改善认知无线电网络中的数据传输性能和信道分配。首先，我们增强了传输树搜索算法（搜索最佳路径），通过增加邻居表机制来减少从其端到端的跳数。其次，我们提出了一个包含交换时延和排队时延的路由选择指标。此外，我们还在C-TRP中加入了一个健壮的恢复模块，在链路发生故障时恢复网络。通过ns- 2仿真验证了C-TRP的性能有效性，并在不同的PU值下比较了C-TRP与现有的两种路由方法（STOD RP CTBR）的性能End To End Delay ETED（ms）路由开销比率M. Hashem et al./ Egyptian Informatics Journal 18（2017）95103活动模式和不同数量的CR节点。结果表明，我们提出的协议实现了最低的端到端延迟，路由开销和最高的PDR。在我们未来的工作中，我们将研究如何优化我们的协议的性能，以及如何将设计从一棵树转换为多棵树，以减少根节点的处理和开销流量。引用[1] 费特湾认知无线电技术。爱思唯尔公司 2006年。[2] Engelman R，Abrokwah KA.频谱效率工作组的报告，11月11日2002年。[3] Akyildiz I，Lee W，Vuran M，Mohanty S.下一代/动态频谱接入/认知无线电无线网络：一项调查。Comput Networks 2006;50（13）：2127-59.[4] [10]C.J.D，MishraS，WillkommD，BrodersenR，WoliszA. 认知无线电使用虚拟未授权频谱的方法。在：第14届IST移动和无线通信峰会，没有。6月。Citeseer。[5] 委员会FC。频谱政策特别工作组，技术报告，2002年11月[6] Mitola J.认知无线电，执照申请，KTH，瑞典斯德哥尔摩，1998年12月。[7] 放大图片作者：J. 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