认知无线电蜂窝网络中基于能量优化及网络寿命的跨层路由方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103179632A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103179632103179632A(43)申请公布日2013.06.26(21)申请号201310023802.X(22)申请日2013.01.23(71)申请人中国人民解放军理工大学通信工程学院地址210016江苏省南京市御道街标营2号(72)发明人吴启晖宋绯张尧然徐煜华程云鹏郑学强(74)专利代理机构南京天华专利代理有限责任公司32218代理人夏平(51)Int.Cl.H04W40/10(2009.01)H04W52/02(2009.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书10页说明书10页附图4页附图4页(54)发明名称认知无线电蜂窝网络中基于能量优化及网络寿命的跨层路由方法(57)摘要一种认知无线电蜂窝网络中基于能量优化及网络寿命的跨层路由方法，涉及无线通信技术中的认知无线电领域，针对认知无线电蜂窝网络中各认知用户拥有不同的动态频谱资源，且无线认知节点能量有限的特点，本发明提出了新的路由度量标准，并通过采用跨层技术，对认知网络中的路由选择和信道分配进行联合考虑，对最短路径优先算法进行改造，避免了个别节点负载过重，提前耗尽能量导致失效的问题，延缓了节点死亡时间，延长了网络寿命，同时由于更多有效节点的存在，使得认知节点有更多的中继节点可以选择，从而在整体上减少了平均能耗，提高了通信接入成功率。CN103179632ACN1037962ACN103179632A权利要求书1/2页1.一种认知无线电蜂窝网络中基于能量优化及网络寿命的跨层路由方法，其特征是它包括：网络状态初始化，获取各节点的公共信道集Cij的步骤；通过计算每条可通链路的能耗度量值，选取认知用户节点到达认知基站的能耗最小的路由的步骤；为各段链路进行信道分配的步骤。2.根据权利要求1所述的认知无线电蜂窝网络中基于能量优化及网络寿命的跨层路由方法，其特征它具体包括以下步骤：步骤（1）网络状态初始化，完成以下工作：1.1网络中每个认知用户i,i∈{1,...,N}获取自身的节点状态信息，包括地理位置信息、可用通信信道集和当前电池能量值，各节点设置前述节点状态信息的最大生存时间TTL=Hopmax，Hopmax为根据网络规模设置的信息的最大转发次数即所有节点最终到认知基站的最大跳数；各节点将本节点的节点状态信息和该节点状态信息的最大生存时间TTL在控制信道上进行广播发送；1.2各节点收到未超过最大生存时间的节点状态信息后，将其生存时间即信息转发次数加1，并转发该节点状态信息，若收到的节点状态信息的生存时间已经等于最大生存时间，则直接抛弃；1.3认知基站接收来自各节点的节点状态信息并存储，获取各节点之间的相互距离和可用来通信的公共信道集，构建网络拓扑图；其中，各节点之间的公共信道集采用下述公式计算：Cij=Ci∩Cj,i∈(1,...,N,B),j∈(1,...,N,B)其中，Cij代表节点i和节点j之间的公共信道集，其中的每一个信道都能够被节点i、j用来直接通信，称为链路；i、j为节点标号，Ci和Cj分别代表节点i和节点j的可用通信信道集，N为认知用户即节点数量，B代表认知基站；初始化时，认知基站的路由表为空；步骤（2）网络中任一想要接入基站通信的认知用户通过控制信道向基站发起接入请求，请求包括需要发送的数据长度L和需要的通信传输速率R；步骤（3）认知基站收到用户的接入请求后，迭代计算该用户到达认知基站的最佳路由，通过执行以下步骤实现：3.1根据认知用户发起请求中的通信传输速率R和网络上各节点的最大发射功率，计算各节点的可通链路，如果任意两节点i、j之间通信的功率需求Pij满足下述公式，则节点i、j之间形成的链路为可通链路；其中，W为通信信道带宽，R为需要的通信传输速率，N0为已知的背景噪声功率谱密度，dij为节点i到节点j之间的直线距离即步骤1.3中获取的各节点之间的相互距离，α为无线传播衰落系数，表示无线电信号在自由空间传播的衰落增益；若计算出来的功率需求Pij小于发起请求节点的节点最大功率Pmax，则认为链路i→j是可通链路，一跳可达；3.2以动态能耗度量作为步骤2.1中的每条可通链路的权值，能耗度量值COSTij采用下述公式计算：2CN103179632A权利要求书2/2页COSTij=Pij*T*(Emax/(Ei-Pij*T)),i∈(1,...,N,B),j∈(1,...,N,B)其中，Pij为通信的功率需求，T为一次通信的传输时间，T=L/R，L为需要发送的数据长度，R为通信传输速率；Emax为电池能量最大值，Ei是节点i当前的电池能量值；3.3以认知基站为源点，为每个认知节点的能耗度量赋初值：其中与基站直接相连的节点i的能耗