[发明专利]认知无线电网络中基于重复博弈的组播路由算法

说明书

技术领域

本发明属于认知无线电组播路由领域，尤其涉及路由选择问题。针对认知无线电网络频谱分配的动态性和差异性，设计了一种组播路由算法。

背景技术

认知无线电(Cognitive Radio，CR)的概念起源于1999年Joseph Mitolo博士的奠基性工作，其核心思想是认知无线电具有学习能力，能与周围环境交互信息，以感知和利用在该空间的可用频谱，并限制和降低冲突的发生。认知无线电的学习能力是使它从概念走向实际应用的真正原因。有了足够的人工智能，它就可能通过吸取过去的经验来对实际的情况进行实时响应，过去的经验包括对死区、干扰和使用模式等的了解。这样，认知无线电有可能赋予无线电设备根据频带可用性、位置和过去的经验来自主确定采用哪个频带的功能。

随着无线通信的迅速发展，频谱资源日益匮乏，目前认知无线电技术已成为解决无线频谱资源短缺的关键技术。认知无线电的主要有以下4个功能：频谱感知、频谱管理、频谱移动性以及频谱共享，其主要工作包括无线频谱分析、信道识别、发射功率控制和动态频谱资源管理。其中，认知无线电网络的组播路由设计亟待解决，已成为研究的一个热点。

数据在网络中传输有单播、组播以及广播3种方式，单播只能在发送者和每一接收者之间实现点对点网络连接，广播实现的是发送者向子网每一个主机投递一份数据包。对于认知无线电网络，发送者需要向多个接收者发送数据，组播技术在认知网络中体现出了其独特的优越性，实现了发送者和每一接收者之间实现点对多点网络连接。当发送者同时给多个的接收者传输相同的数据时，只需复制一份的相同数据包。它提高了数据传送效率，减少了骨干网络出现拥塞的可能性。

为了进行有效的组播通信，确定组播路由非常关键。组播路由算法的研究目标是采用行之有效的算法，使得通信中的节点同时向多个目的节点发送数据时，根据网络的拓扑结构以及链路状态，在满足约束条件的前提下建立一种结构来实现目标函数的优化，使网络费用最小。衡量一个组播算法好坏的标准通常是基于以下3个方面——组播树的链路总造价、端到端延时以及可扩展性。

在认知无线电网络的路由算法设计过程中，必须考虑到认知用户对频谱的使用不会对主用户造成干扰的问题。对于认知用户来说，其所使用的无线频谱资源是属于主用户也就是授权用户的，在这其中主用户是要受到保护的，认知用户在对于这样的频谱资源进行利用时，必须保证不能影响到主用户的正常服务，这是频谱资源管理和政策上的规定，同时也是在授权频段使用认知无线电技术时所应该做到的基本的频谱礼仪之一。

鉴于以上考虑，本发明提供了认知无线电网络中的一种基于重复博弈的路由路由算法。

发明内容

本发明提供了一种基于重复博弈论的组播路由算法，针对认知无线电网络频谱分配的动态性和差异性，通过将路由选择的历史参与到下次路由选择中，从而简化了算法的冗余度。此外，基于动态博弈中重复博弈论的思想，在路由选择中引入声誉，解决了在不对主用户造成干扰的情况下，认知节点既能保证其所选路径满足端到端延时最小的条件，又能使路由算法的冗余度达到简化的算法设计目标。本发明既能够使能次用户在路由选择时达到自己的要求，又没有对主用户对其授权频谱地使用造成干扰，从而可以使用到对端到端延时有所要求的实际网络中。

一、组播路由算法中的博弈论分析模型

博弈论是一种分析人类交互过程中各种复杂问题的经济学工具，在路由选择问题中，参与路由选择的节点可以视作是博弈的参与者，每个节点都期望在每次选路过程中自己的利益得到最大化，这就是一个博弈的过程，博弈的最后结果是各个节点的利益达到一个均衡，即纳什均衡，但是该均衡不一定是博弈的最优解，需要经过分析以及证明找到最优解，即，除了该最优策略，每个节点再也找不到其他的策略能在不损害其他节点利益的前提下单方面提高自身的利益。

博弈论的方法有很多，按照时间因素的参与与否可以分为静态博弈和动态博弈，对于实际的网络，认知节点的选路过程必定是多次，因此考虑用动态博弈分析路由问题。在本发明中，认知节点之间的博弈视作是无限重复博弈。在无限重复博弈中，同一个博弈被无限期重复多次，对于任何一个参与者的欺骗和违约行为，其他参与者总会有机会给予报复。由于在无限期重复博弈中，报复的机会总是存在的，所以，每一个参与者都不会采取违约或欺骗的行为，参与者之间合作的均衡解是存在的。