认知无线网状网中基于有效带宽的路由算法研究

摘要

认知无线网状网作为一种结合了认知无线电技术和无线网状网组网方式的新型网络，既继承了无线网状网容错能力强、易于架构及高带宽的优势，又具有解决频谱资源匮乏和授权频谱利用率低下这一无线发展瓶颈的认知无线电技术，因此成为无线通信界关注的焦点。在认知无线网状网中，次用户使用的可用频谱随空间和时间呈动态变化特性，这直接导致次用户的网络拓扑是时变的，因此区别于传统有线和无线网络，认知无线网状网在路由方面面临巨大的挑战。
　　针对认知无线网状网频谱的动态性和网络拓扑的时变性，从新的角度出发，考虑授权用户占用频谱行为，采用跨层设计方法，提出了认知无线网状网中基于有效带宽的路由算法，使得路由层可以及时获取MAC层的频谱信息，在对授权用户不产生影响的前提下，充分考虑频谱分配情况的同时准确地做出路径选择。该路由算法主要包括四个模块:邻居发现与信息交互、路径选择、信道与接口分配和路由调度。针对邻居发现与信息交互模块，采用公共控制信道方式，完成节点信息交互和网络协商运作。针对路径选择模块，设计了基于最大可用有效带宽的路径选择算法，可以选择具有高带宽、低资源使用率和高稳定性的传输路径，并很好地避免拥挤链接的产生。针对信道和接口分配模块，设计了信道与接口分配算法，在充分考虑最大化频谱资源利用率的基础上，使得路径获取真实高带宽的同时保证了网络的高连通性和低干扰性。针对路由调度模块，提出一种以公平性为目标的最小化路由调度算法，通过对网络关键节点或出现耳聋情况的局部网络进行调度，避免网络中出现数据流“饿死”和长时间等待的情况。
　　最后通过仿真实验，对本文路由算法的性能进行了验证。一系列实验结果表明本文算法可以选取高带宽路径，获取较高的网络吞吐量，具有较低的总等待时间和较高的调度公平性，适合动态变化的认知无线网状网。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 认知无线网状网概述

1．1．1 认知无线网状网的起源和发展

1．1．2 认知无线网状网的体系结构

1．1．3 认知无线网状网的特点

1．1．4 认知无线网状网的关键技术

1．1．5 认知无线网状网的应用

1．2 课题来源

1．3 本文的主要内容和结构

第2章 认知无线网状网频谱分配及选路技术

2．1 认知无线网状网频谱分配模型

2．1．1 基于图论的图着色模型

2．1．2 拍卖竞价模型

2．1．3 博弈论模型

2．2 选路技术分析

2．2．1 基于全局频谱信息的路由方案

2．2．2 基于局部频谱信息的路由方案

2．3 认知无线网状网路由技术面临的挑战

2．4 本章小结

第3章 基于有效带宽的路由算法

3．1 问题提出

3．2 网络模型

3．3 邻居发现和路径选择

3．3．1 邻居发现及信息交互

3．3．2 路径选择

3．4 信道分配与路由调度

3．4．1 信道与接口分配

3．4．2 路由调度

3．5 本章小结

第4章 仿真实验与性能分析

4．1 路由功能模块及交互过程

4．2 实例分析

4．3 仿真实验与性能分析

4．3．1 网络性能随数据流数目变化情况

4．3．2 网络性能随主用户数／可用信道数变化情况

4．3．3 算法公平性测试

4．4 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 本文总结

5．2 研究展望

参考文献

致谢

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