[发明专利]认知无线电网络中基于树的路由选择方法

说明书

技术领域

本发明属于一种无线网络通信技术领域的路由选择方法，特别是一种基于树的认知无线电路由选择方法，通过对多个授权信道的检测结果，基于选定的空闲授权信道行成频谱树，根据频谱树和最小的时延来选择路由的方法。

背景技术

随着无线通信业务的快速增长，可用的频谱资源变得越来越稀缺。为此，人们采用诸如链路自适应、多天线、多用户检测等先进的无线通信技术来努力提高频谱使用效率，同时却发现全球授权频段，尤其是信号传播特性较好的较低频段的频谱利用率却很低。

以美国为例，美国联邦通信委员会(Federal Communications Commission，FCC)的大量研究报告说明：频谱的利用情况极不平衡，一些非授权频段占用得非常拥挤，而有些授权频段则经常空闲。因此，能够对不可再生的频谱资源实现再利用的频谱共享技术近几年受到人们的广泛关注。现有的频谱共享技术，如工业、科学和医用(Industrial Scientific and Medical，ISM)频段非授权接入、工作于3-10GHz频段的超宽带(Ultra-Wide Band，UWB)系统与传统窄带系统共存等技术通常应用于固定频段的共享或受限于发送功率的短距离通信。这些技术在提高频谱利用率的同时却增加了干扰，限制了通信系统的容量和灵活性。认知无线电技术(Cognitive Radio，CR)正是针对无线通信领域资源越来越紧缺的事实以及无线系统性能亟待提高的需求，力图从本质上解决问题而提出的。

认知无线电也称感知无线电，是近几年兴起的无线通信技术，它能够感知当前通信环境中所有的频谱使用机会。换句话说，通过重组无线网络系统框架，使得认知无线网络具有智能化辨识与改变频谱使用机会的能力。认知无线电从理论上说允许在时间、频率以及空间上进行多维的频带复用，这将大大降低迫于频段和带宽而对无线技术发展所带来的限制，与以往将特定的频率分配到特定用途上有很大不同。种种迹象表明，认知无线网络具有极高频谱使用效率，其相关技术代表着未来发展的方向，已成为在国际上颇受关注的研究课题。例如，美国政府对CR的研究相当重视，FCC于2003年就提出在电视频段(北美为54-862MHz)内使用CR技术。IEEE于2004年成立802.22工作组，专门研究在不干扰现存电视频段的情况下如何充分利用该频段进行无线通信，制定其物理层和媒体接入控制协议。我国对CR技术的研究比起欧美稍晚一些，因此，根据我国频谱分配和应用的特点，加速对CR技术的研究，使我国在这方面拥有自主知识产权，对于推动我国智能化无线网络的发展是很有意义的。

在多跳的认知无线电网络中，次要用户可利用的空闲频谱是动态变化的，因此认知无线电网络中的路由协议将面对很多挑战：首先，由于次要用户可利用的空闲授权信道会随着授权用户的使用而动态变化，因此，路由的建立需要和空闲信道的选择紧密结合起来；其次，除了用户的移动性可能造成路由失效外，伴随着授权用户对某个空闲信道的使用，正在使用此空闲授权信道的次要用户需要迅速放弃此授权信道，这也将导致路由的失效。

发明内容

本发明的目的是提供一种将认知无线电网络中频谱分配和路由选择结合起来，使非授权用户检测并利用空闲的授权频谱，旨在减少次要用户间的通信时延的基于频谱树的路由选择方法。达到既满足次要用户能合理利用授权频谱通信，又不干扰授权用户正常使用授权频谱的目的。

本发明的具体步骤是：

第一步骤：建立基于空闲信道的频谱树

次要用户根据对授权信道的感知结果，基于信道利用率(即该信道被授权用户使用的概率)最低的空闲授权信道建立频谱树。每棵频谱树对应一个空闲信道，有唯一的根节点，根节点记录这棵树上的所有子节点用户信息。为了缓解根节点的压力，将次要用户节点就分布在多棵频谱树上，每棵树上的子节点用户数目就会减少，根节点就只需要记录少量的子节点用户信息。频谱树的建立是通过在公用频段交互控制信息来实现的。

开始时，每个次要用户根据自身维护的授权信道状态列表，建立一个节点空闲信道列表。这个列表记录当前的空闲信道及其利用率，以及本用户是否为根节点(以1表示是，0表示否，开始时设定为1，即假设自己是根节点)，是否为交叉节点(以1表示是，0表示否，开始时设定为0，即假设自己不是交叉节点)。各个用户将当前的空闲信道及其利用率封装入“根节点发起信息”，通过传统无线接口向外广播一次。当次要用户收到其他用户发来的“根节点发起信息”后，分两个步骤处理。

步骤(一)：首先将收到“信息”与自身维护的授权信道状态列表进行对比：