[发明专利]一种分布式认知无线电网络双向信道预约建链方法

摘要

本发明公开了一种分布式认知无线电网络双向信道预约建链方法，属于认知无线电网络技术领域，主要包括：节点利用认知无线电终端所具有的对频谱空穴资源的感知能力，采用前驱链路把公共信道尽量留给后继链路使用的思想，通过冲突避免信道选择的方式，对从源节点到目的节点路由中每条链路的信道资源进行逐跳预约分配，建立起源节点和目的节点之间的双向业务传输路径。本发明实现了在路由选择的同时，对信道进行预约分配，减小了碰撞和冲突，实现了网络资源的高效重用，为分布式环境下双向多跳业务传输提供服务质量保证能力。本发明适用于认知无线电网络、分布式多跳网络、无线局域网以及下一代异构网络等应用场合。

主权项

一种分布式认知无线电网络双向信道预约建链方法，包括双向预约建链请求发起、下一跳邻居节点预约分配信道、预约建链完成三个过程，其特征是：所述的双向预约建链请求发起的步骤如下：步骤1：需要进行双向业务通信的源节点src查找本地路由表是否包含到目的节点des的路由信息；若有到目的节点des的路由，转步骤4；步骤2：源节点src通过向网络发送路由请求分组搜索到目的节点des的路由；如果中间节点有到目的节点des的路由信息，中间节点对路由请求消息进行应答；否则，由目的节点des对路由请求做出应答；步骤3：收到路由应答消息的源节点src，更新到目的节点的路由表项信息；步骤4：根据信道感知结果，判断源节点src与到目的节点的下一跳节点之间是否可用空闲信道数大于2；如果可用空闲信道数小于2，报告应用层无空闲信道可用并取消本次话音通信；步骤5：源节点src从路由表中获得到目的节点的下一跳节点，并向其发送双向建链请求分组call_setup_REQ，该分组中包含从源节点src到目的节点des的路由列表(src，...，i-2，i-1，i，i+1，i+2，...，des)、下一跳邻居节点、本节点为中间节点的前后两条相邻链路已经预约的信道标识。所述的下一跳邻居节点预约分配信道的步骤如下：步骤1：节点i收到来自上一跳节点(i-1)转发的双向建链请求分组call_setup_REQ，获得从源节点到目的节点的路由列表、以上一跳节点(i-1)为中间节点的前后两条相邻有向链路(i-2→i-1)、(i-1→i-2)、(i-1→i)、(i→i-1)建立时已预约的信道RSLi-2，i-1、RSLi-1，i-2、RSLi-1，i、RSLi，i-1，其中RSLi-2，i-1为节点(i-2)到节点(i-1)的有向链路(i-2→i-1)预约的信道，RSLi-1，i-2为节点(i-1)到节点(i-2)的有向链路(i-1→i-2)预约的信道，RSLi-1，i为节点(i-1)到节点i的有向链路(i-1→i)预约的信道，RSLi，i-1为节点i到节点(i-1)的有向链路(i→i-1)预约的信道；步骤2：节点i根据所收到的双向建链请求分组call_setup_REQ中包含的路由列表，判断本节点是否为目的节点；如果是目的节点，记录上一跳节点与本节点之间链路的预约信道RSLi-1，i、RSLi，i-1，转步骤40；步骤3：根据双向建链请求分组call_setup_REQ获得在需要建立的链路中本节点的上一跳节点(i-1)和下一跳节点(i+1)；计算以节点i为中间节点的两条相邻链路的可用信道集合ASLi-1，i+1，ASLi-1，i+1＝ASLi-1，i∪ASli，i+1＝(Ci-1∩Ci)∪(Ci∩Ci+1)，其中，ASLi，i+1为节点i收到来自节点(i-1)的双向建链请求分组call_setup_REQ时节点i与节点(i+1)之间链路可用信道集合，Ci为节点i所感知的可用信道集合；步骤4：如果ASLi-1，i+1集合的元素|ASLi-1，i+1|＜4，转步骤41；步骤5：计算节点i与到目的节点的路由列表中下一跳节点(i+1)之间链路当前可用信道集合S1＝ASLi，i+1-ASLi，i+1∩{RSLi-1,i，RSLi，i-1}；步骤6：计算集合S2＝{RSLi-2，-1，RSLi-1，i-2}-{RSLi-2，i-1，RSLi-1，i-2}∩S1，以判断节点i与节点(i+1)之间链路当前可用信道S1中是否包含链路(i-2→i-1)、(i-1→i-2)已预约的信道；如果S2＝Ф，则预约信道设置为RSLi，i+1＝RSLi-1，i-2，RSLi+1，i＝RSLi-2，i-1；步骤7：如果S2中元素个数|S2|＝2，转步骤20；步骤8：计算节点i与节点(i+1)之间链路可用信道中去除前两跳有向链路已预约的信道之后的剩余可用信道集合S3，S3＝S1-{RSLi-2，i-1，RSLi-1，i-2}∩S1；如果|S3|＞1，转步骤10；步骤9：如果S3中元素个数|S3|＝1，节点i预约信道S3中唯一信道(记为RSX)，有{RSx}＝S3，转步骤18；步骤10：如果S3∩ASLi+1，i+2＝Ф，转步骤15；步骤11：计算S4＝S3-S3∩ASLi+1，i+2，如果S4＝Ф，转步骤15；步骤12：如果S4∩ASLi+2，i+3＝Ф，从S4中任选一个元素预约作为RSx，转步骤18；步骤13：计算S6＝S4-S4∩ASLi+2，i+3，如果S6＝Ф，从S4中任选一个元素预约作为RSx，转步骤18；步骤14：从S6中任选一个元素预约作为RSx，转步骤18；步骤15：如果S3∩ASLi+2，i+3＝Ф，从S3中任选一个元素预约作为RSx，转步骤18；步骤16：计算S5＝S3-S3∩ASli+2，i+3，如果S5＝Ф，从S3中任选一个元素预约作为RSx，转步骤18；步骤17：从S5中任选一个元素预约作为RSx；步骤18：如果{RSLi-2，i-1，RSLi-1，i-2}∩S1＝{RSLi-2，i-1}，预约信道设置为RSLi，i+1＝RSx，RSLi+1，i＝RSLi-2，i-1，转步骤35；步骤19：预约信道设置为RSLi，i+1＝RSLi-2，i-1，RSLi+1，i＝RSx，转步骤35；步骤20：如果S1∩ASLi+1，i+2＝Ф，转步骤30；步骤21：计算S8＝S1-S1∩ASLi+1，i+2，如果S8＝Ф，转步骤30；步骤22：如果|S8|≠1，转步骤26；步骤23：计算S9＝S1∩ASLi+1，i+2；如果S9∩ASLi+1，i+2＝Ф，预约S8中唯一的信道，同时从S9中任选一个信道预约，将两个预约的信道分配给RSLi，i+1和RSLi+1，i，转步骤35；步骤24：计算S10＝S9-S9∩ASLi+1，i+2；如果S10＝Ф，预约S8中唯一的信道，同时从S9中任选一个信道预约，将两个预约的信道分配给RSLi，i+1和RSLi+1，i，转步骤35；步骤25：预约S8中唯一的信道，同时从S10中任选一个信道预约，将两个预约的信道分配给RSLi，i+1和RSLi+1，i，转步骤35；步骤26：如果S8∩ASLi+2，i+3＝Ф，从S8中任选两个信道分配给RSLi，i+1和RSLi+1，i，转步骤35；步骤27：计算S11＝S8-S8∩ASLi+2，i+3；如果S11＝Ф，从S8中任选两个信道分配给RSLi，i+1和RSLi+1，i，转步骤35；步骤28：如果|S11|＝1，预约S11中唯一的信道，同时从S8∩ASLi+2，i+3中任选一个信道预约，将两个预约的信道分配给RSLi，i+1和RSLi+1，i，转步骤35；步骤29：从S11中任选两个信道分配给RSLi，i+1和RSLi+1，i，转步骤35；步骤30：如果S1∩ASLi+2，i+3＝Ф，从S1中任选两个信道分配给RSLi，i+1和RSLi+1，i，转步骤35；步骤31：计算S7＝S1-S1∩ASLi+2，i+3；步骤32：如果S7＝Ф，从S1中任选两个信道分配给RSLi，i+1和RSLi+1i，转步骤35；步骤33：如果|S7|＝1，预约S7中唯一的信道，同时从S1∩ASLi+2，i+3中任选一个信道预约，将两个预约的信道分配给RSLi，i+1和RSLi+1，i，转步骤35；步骤34：从S7中任选两个信道分配给RSLi，i+1和RSLi+1i；步骤35：记录本节点为中间节点的相邻两条链路预约信道RSLi-1，i、RSLi，i-1、RSLi，i+1、RSLi+1，i；将CLi，i+1，CLi+1i封装在双向建链请求分组call_setup_REQ中，以更新分组中所包含的以本节点为中间节点的前后两条相邻链路已经预约的信道值；步骤36：将更新后的分组转发给下一跳节点(i+1)，以完成后续建链及信道选择；步骤37：超时未收到目的节点建链成功应答消息，转步骤41；步骤38：收到下一跳节点转发的建链失败消息，转步骤41；步骤39；收到目的节点建链成功应答消息call_setup_SUCCESS，转步骤40；步骤40：根据双向建链请求分组call_setup_REQ中包含的路由列表，采用已记录的与上一跳节点间链路预约的信道，向源节点发送建链成功应答消息call_setup_SUCCESS；双向预约建链过程结束；进入双向业务传输阶段；步骤41：根据双向建链请求分组call_setup_REQ中包含的路由列表，向源节点报告建链失败；删除本节点记录的相邻两条链路预约信道RSLi-1，i、RSLi，i-1、RSLi，i+1、RSLi+1，i；双向预约建链过程结束；所述的预约建链完成的步骤如下：源节点src收到建链成功应答消息call_setup_SUCCESS，双向预约建链过程结束，进入双向业务传输阶段。