隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，有限的開放頻譜資源已經(jīng)不能滿足日益增長的無線應(yīng)用的需求了。與此同時，美國聯(lián)邦通信委員會在無線頻譜資源使用情況的分析報告中指出，授權(quán)頻譜的平均使用率在15%~85%[1]。為了解決這一問題，引入了Joseph Mitola博士提出的具有動態(tài)頻譜接入功能的認(rèn)知無線電CR(Cognitive Radio)技術(shù),該技術(shù)從頻譜再利用的角度出發(fā)，能夠有效地緩解頻譜分配不均的問題。認(rèn)知無線Mesh網(wǎng)絡(luò)CogWMN(Cognitive Wireless Mesh Network)就是將認(rèn)知無線電和寬帶無線Mesh網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的具有認(rèn)知能力的新型寬帶無線網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)有兩種用戶類型：主用戶PU(Primary Users),即具有頻譜資源使用權(quán)的用戶;次用戶SU(Second Users),即臨時使用授權(quán)頻譜資源的用戶[2]。目前針對CogWMN的研究主要集中在物理層和MAC層[3]，而對路由算法的研究正處于起步階段，研究成果并不多。
　現(xiàn)有的CogWMN路由協(xié)議主要都是在傳統(tǒng)的AODV等一些按需路由協(xié)議的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。參考文獻(xiàn)[4]在AODV的基礎(chǔ)上提出了一種新型的認(rèn)知mesh網(wǎng)路由協(xié)議，該算法引入了信道優(yōu)先次序表CPL(Channel Priority List)，CPL中的信道是根據(jù)PU用戶對信道占用率的情況，從小到大進(jìn)行排序，數(shù)據(jù)傳輸時優(yōu)先使用表中的第一個信道，但是該協(xié)議在路由選取時，把每條路徑的傳輸時延作為路由選擇依據(jù)，缺乏對路由穩(wěn)定性的考慮。參考文獻(xiàn)[5]以參考文獻(xiàn)[4]為基礎(chǔ)提出了一種穩(wěn)定的路由選擇算法——RASR算法。該算法在考慮穩(wěn)定性時將CPL的長度作為判定鏈路穩(wěn)定的依據(jù)。但是該算法仍存在以下兩個問題：(1)RREQ包中存在冗余的字段；(2)在選擇路徑時，只把信道優(yōu)先次序表CPL的長度作為鏈路穩(wěn)定性的判定依據(jù)，認(rèn)為CPL越長，可供切換的信道越多，鏈路就越穩(wěn)定，沒有考慮CPL中每個信道的信道利用率對鏈路穩(wěn)定性的影響。
    本文針對以上缺點(diǎn)提出了一種改進(jìn)的路由算法——基于主用戶活躍度的路由算法RPA(Routing based on Primary-user Activity)，該算法減小了網(wǎng)絡(luò)中的控制開銷，提高了網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒β?，減小了數(shù)據(jù)包平均端到端時延。
1 系統(tǒng)模型
    假設(shè)在CogWMN中有P個主用戶和S個次用戶，它們均是靜止的。P個主用戶代表有P個授權(quán)信道，每個次用戶配有一個用于傳輸控制信息的傳統(tǒng)收發(fā)機(jī)和兩個用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)目烧{(diào)收發(fā)機(jī)。傳統(tǒng)收發(fā)機(jī)工作在全局控制信道上，可調(diào)收發(fā)機(jī)工作在授權(quán)信道上。同時，在本文中假設(shè)每個次用戶能夠準(zhǔn)確地感知到可用的授權(quán)信道[6]。


2.3 路由算法描述
2.3.1 路由發(fā)現(xiàn)    
    當(dāng)節(jié)點(diǎn)開始發(fā)送數(shù)據(jù)時,若路由表中無有效路由，則通過全局控制信道廣播RREQ報文，其中RREQ包格式如圖2所示。當(dāng)中間節(jié)點(diǎn)收到RREQ報文時，首先判斷是否是重復(fù)的RREQ報文,如果是,則丟棄;否則,提取RREQ中的SOP信道信息與本地節(jié)點(diǎn)的存儲的SOP信息相比，看是否存在公共的信道，如果沒有公共信道，則丟棄。如果有公共信道，則通過θn計算出CPL[3]，然后通過CPL根據(jù)式(5)和式(7)計算出參數(shù)T和參數(shù)L，并放入到新的RREQ包中，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)。2.3.2 路由回復(fù)
    目的節(jié)點(diǎn)D會收到多個來自不同路徑的RREQ包。為了對多條路徑進(jìn)行篩選，當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)收到第一個RREQ包時啟動定時器T；當(dāng)定時器超時之后，通過式(9)選擇一條RM大的路由，回復(fù)RREP報文。
2.3.3 路由維護(hù)
    路由維護(hù)算法與RASR的路由維護(hù)算法一致，在此不再一一贅述。
3 仿真結(jié)果
3.1仿真參數(shù)
    為驗證算法性能，在網(wǎng)絡(luò)工具OPNET[8]上，對RASR算法和新提出的RPA算法進(jìn)行了性能比較。其仿真參數(shù)如表1所示。

3.2 仿真結(jié)果及分析
    圖3是在PU活動概率不同的情況下，RASR算法與RPA算法數(shù)據(jù)分組傳輸成功率的比較。與RASR算法相比，RPA算法具有更大的數(shù)據(jù)分組傳輸成功率。這是由于RPA算法在路徑選擇時考慮了PU用戶對信道的利用率，從而RPA算法選擇的路徑要比RASR算法穩(wěn)定一些，進(jìn)而減小了鏈路中斷的可能性，增加了數(shù)據(jù)分組傳遞的成功率。由于鏈路中斷的可能性減小，路由修復(fù)的次數(shù)也就減少，從而數(shù)據(jù)包能及時到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，如圖4所示，與RASR算法相比RPA算法的平均端到端時延會減小。

　圖5是在PU個數(shù)不同的情況下，RASR算法與RPA算法控制開銷的比較。由圖5可見，與RASR算法相比，RPA算法具有更低的網(wǎng)絡(luò)控制開銷。這歸功于RREQ包長度的減少。
    本文針對RASR路由算法存在冗余的控制開銷以及選路時未考慮PU對信道利用率而導(dǎo)致路徑不穩(wěn)定的問題，提出了RPA路由算法，通過捎帶式發(fā)布鏈路狀態(tài)信息和根據(jù)主用戶信道利用率選路機(jī)制解決了以上問題。理論分析和仿真結(jié)果表明RPA算法相對于RASR算法，在成功率、平均端到端時延、控制開銷上具有更好的性能表現(xiàn)。
參考文獻(xiàn)
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