專利名稱：具有業(yè)務(wù)感知能力的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)路由方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線通信領(lǐng)域，特別涉及一種建立路由的方法，可用于認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。
背景技術(shù)：
認(rèn)知無(wú)線電(CognitiveRadio)是一種可以感知外界通信環(huán)境的智能通信系統(tǒng)。認(rèn)知 無(wú)線電系統(tǒng)通過(guò)學(xué)習(xí)，不斷地感知外界的環(huán)境變化，并通過(guò)自適應(yīng)地調(diào)整其自身內(nèi)部 的通信機(jī)理來(lái)達(dá)到對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)。
由于認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)具有高動(dòng)態(tài)性，每個(gè)節(jié)點(diǎn)所用頻譜和所承載的業(yè)務(wù)等級(jí)也可能不 同，并且可能隨著時(shí)間和空間而改變，所以需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)的進(jìn)行感知，通過(guò)對(duì) 現(xiàn)在業(yè)務(wù)的統(tǒng)計(jì)感知網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)變化從而建立一種新的路由協(xié)議，來(lái)滿足多跳無(wú)線通 信的要求。
認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)在1999年8月的正EE Personal Communications雜志上明確提出 以后，在很長(zhǎng)一段時(shí)間人們將研究的重心集中在任何進(jìn)行頻譜偵聽(tīng)和主用戶檢測(cè)、動(dòng) 態(tài)頻譜分配、功率控制等問(wèn)題上，而對(duì)于基于認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的感知網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的動(dòng)態(tài)變化研 究還處于初期階段。
現(xiàn)有技術(shù)中的適用于認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的路由機(jī)制是由Geng Cheng等人提出的 頻譜感知路由算法SORP (Spectrum aware on-demand routing protocol)。該算法將頻譜 分配和按需路由結(jié)合在一起，采用與AODV (Ad hoc on-demand distance vector)自組 網(wǎng)按需距離向量類似的按需路由機(jī)制，將路由建立分為路由請(qǐng)求和路由響應(yīng)兩個(gè)階 段。在路由請(qǐng)求階段，源節(jié)點(diǎn)廣播到目的節(jié)點(diǎn)的路由請(qǐng)求消息RREQ(Router Request), 并以泛洪方式廣播到目的節(jié)點(diǎn)，RREQ經(jīng)過(guò)的各節(jié)點(diǎn)將自身的頻譜機(jī)會(huì)SOP( Spectrum Opportunity)信息包含到RREQ中，從而使收到RREQ的節(jié)點(diǎn)可以獲得轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)此RREQ 的節(jié)點(diǎn)的SOP信息；目的節(jié)點(diǎn)收到RREQ后，選擇此RREQ的傳播路徑為源節(jié)點(diǎn)到 目的節(jié)點(diǎn)的路由，啟動(dòng)路由響應(yīng)過(guò)程，按照累積時(shí)延最小的原則，從和上游鄰節(jié)點(diǎn)的 SOP交集中選擇頻譜分配給它們之間的鏈路，并將頻譜分配結(jié)果添加到路由響應(yīng)消息 RREP(RouterResponse)中傳回給源節(jié)點(diǎn)；路徑上的中間節(jié)點(diǎn)收到RREP后，根據(jù)下游節(jié)點(diǎn)的頻譜分配結(jié)果按照累積時(shí)延最小的原則為其和上游鄰節(jié)點(diǎn)間的鏈路分配頻譜， 將分配結(jié)果包含在RREP中傳給上游鄰節(jié)點(diǎn)；源節(jié)點(diǎn)收到RREP后，路由建立完成。 上述現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問(wèn)題
頻譜感知路由算法僅僅實(shí)現(xiàn)了認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的一部分功能，局限于頻 譜的感知和接入，而缺少對(duì)自身網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的感知和自適應(yīng)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述已有技術(shù)的問(wèn)題，提出一種具有業(yè)務(wù)感知能力的認(rèn)知 網(wǎng)絡(luò)路由方法及其系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)自身網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)變化的感知和自適應(yīng)性。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)路由方法包括如下步驟
(1) 網(wǎng)絡(luò)中的源節(jié)點(diǎn)采用廣播的泛洪方式在所有感知到的信道上輪詢發(fā)送RREQ 信息，發(fā)送完成后回到初始信道；
(2) 將網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)分為不同等級(jí)，使高等級(jí)業(yè)務(wù)獲得更多的優(yōu)先權(quán)利；
(3) 網(wǎng)絡(luò)中的中繼節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)發(fā)RREQ信息時(shí)，對(duì)RREQ信息中攜帶的要傳輸業(yè) 務(wù)和本節(jié)點(diǎn)正在傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)的等級(jí)高低進(jìn)行比較，如果前者低于后者，則中繼節(jié)點(diǎn)延 遲long—relay_delay_2后，再轉(zhuǎn)發(fā)此RREQ信息；
(4) 網(wǎng)絡(luò)中的中繼節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)發(fā)RREQ信息的同時(shí)，統(tǒng)計(jì)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的緩存中每種業(yè) 務(wù)數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)和當(dāng)前傳輸速度，并對(duì)緩存中的數(shù)據(jù)包需要發(fā)送的時(shí)間進(jìn)行估算，以 感知網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)的動(dòng)態(tài)變化，調(diào)整RREQ信息的發(fā)送路徑；
(5) 網(wǎng)絡(luò)中的目的節(jié)點(diǎn)收到RREQ信息后，依照先到先回的原則發(fā)送RREP信息， 建立路由；
(6) 網(wǎng)絡(luò)中的源節(jié)點(diǎn)在目的節(jié)點(diǎn)建立的路由上，以信道允許的最大速度發(fā)送數(shù)據(jù) 包，并對(duì)所有節(jié)點(diǎn)設(shè)置緩存區(qū)域，當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)節(jié)點(diǎn)時(shí)，按到達(dá)的先后順序進(jìn)入對(duì)應(yīng) 信道的發(fā)送隊(duì)列，并按照相應(yīng)規(guī)則發(fā)送數(shù)據(jù)包，對(duì)來(lái)不及發(fā)送的數(shù)據(jù)包暫存在緩存區(qū) 中；
(7) 設(shè)定中繼節(jié)點(diǎn)緩存區(qū)被占滿50%時(shí)，中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送QOS消息通知上游鄰節(jié) 點(diǎn)降低發(fā)送速度，每通知一次，上游鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送的速度減半，相反，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)在緩存 區(qū)空白一段時(shí)間后，由中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送QOS消息通知上游鄰節(jié)點(diǎn)增加發(fā)送速度，每通 知一次上游鄰節(jié)點(diǎn)，增加10%的發(fā)送速度；
(8) 當(dāng)上游鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送的速度降低到門限值時(shí)，源節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)包的同時(shí)發(fā)送RREQ信息重新尋路，在得到RREP信息答復(fù)后，將新路徑與現(xiàn)有路徑比較，如果新 路徑優(yōu)于現(xiàn)有的路徑，通知正在傳輸?shù)闹欣^節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)以新的路徑重新建立路 由。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1) 由于將網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)根據(jù)其需求分為不同等級(jí)，并且在每個(gè)信道上按照高優(yōu) 先級(jí)業(yè)務(wù)獲得更多傳輸時(shí)間的規(guī)則，保證了高級(jí)業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中能更快更準(zhǔn)確的傳輸，
同時(shí)也滿足低級(jí)業(yè)務(wù)的服務(wù)要求；
2) 由于對(duì)緩存中的數(shù)據(jù)包需要發(fā)送的時(shí)間進(jìn)行估算，感知網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)的動(dòng)態(tài)變 化，自適應(yīng)的調(diào)整路由策略，提高了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的吞吐量；
3) 由于中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送QOS消息通知上游鄰節(jié)點(diǎn)改變其發(fā)送速度，使得減少了傳 輸能力接近飽和的節(jié)點(diǎn)的負(fù)載，同時(shí)增大了輕負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的負(fù)載，平衡了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的 負(fù)載；
4) 由于當(dāng)路徑上發(fā)送的速度降低到門限值，源節(jié)點(diǎn)重新尋路，使得網(wǎng)絡(luò)中的業(yè) 務(wù)能夠更快的發(fā)送。
綜上所述，本發(fā)明的路由協(xié)議能保證高級(jí)業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中能更快更準(zhǔn)確的傳輸，縮 短了網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)的發(fā)送時(shí)延，提高了路由的效率和網(wǎng)絡(luò)的最大負(fù)荷能力。


圖1是本發(fā)明建立路由的流程圖2是本發(fā)明采用的節(jié)點(diǎn)模型分析圖3是本發(fā)明的切換節(jié)點(diǎn)信道駐留時(shí)間圖4是本發(fā)明的估算網(wǎng)絡(luò)流程圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)Dl，本發(fā)明的路由建立包括如下步驟
步驟l，將網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)分為不同等級(jí)。
在認(rèn)知無(wú)線電場(chǎng)景中，網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)分為不同的幾類，有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、實(shí)時(shí)業(yè) 務(wù)以及其它業(yè)務(wù)，實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)需要保證穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸速度，數(shù)據(jù)傳輸不能間斷，但并 不要求100%的數(shù)據(jù)正確率，相反數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)更注重?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)恼_率，不要求穩(wěn)定的
數(shù)據(jù)傳輸速度。上述業(yè)務(wù)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)有不同的QOS要求，本發(fā)明設(shè)定實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)為高級(jí) 業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為低級(jí)業(yè)務(wù)，其它業(yè)務(wù)為中級(jí)業(yè)務(wù)，不同業(yè)務(wù)有不同的傳輸規(guī)則，傳輸時(shí)應(yīng)盡量避免經(jīng)過(guò)有高級(jí)業(yè)務(wù)的節(jié)點(diǎn)，以保證高級(jí)業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中能更快更穩(wěn)定的傳 輸。
步驟2，源節(jié)點(diǎn)泛洪發(fā)送RREQ信息。
網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的頻譜機(jī)會(huì)SOP (Spectrum Opportunity)不是完全相同的。認(rèn)知 無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)除了使用802.11標(biāo)準(zhǔn)提供的信道外，還能使用空閑的授權(quán)信 道。每個(gè)節(jié)點(diǎn)配備一套具有CR功能的收發(fā)器，該收發(fā)器可以在所有信道上動(dòng)態(tài)切換， 但在任意時(shí)刻只能工作在一個(gè)信道上。源節(jié)點(diǎn)采用廣播的泛洪方式在所有感知到的可 用信道上輪詢發(fā)送RREQ信息，發(fā)送完成后回到初始信道； 步驟3，中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)RREQ信息。 (3a)源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)在發(fā)送和轉(zhuǎn)發(fā)RREQ信息時(shí)，加入隨機(jī)時(shí)延以避免沖突； (3b)中繼節(jié)點(diǎn)檢査已收到的RREQ信息的上一跳鄰節(jié)點(diǎn)和本節(jié)點(diǎn)之間是否存在 業(yè)務(wù)流，若存在則在隨機(jī)延遲一段時(shí)間的基礎(chǔ)上再延遲long—relay—delay—1后轉(zhuǎn)發(fā)， 使到目的節(jié)點(diǎn)的通路上含有盡可能少的已經(jīng)有業(yè)務(wù)流存在的鏈路；
(3c)網(wǎng)絡(luò)中的中繼節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)發(fā)RREQ信息時(shí)，對(duì)RREQ信息中攜帶的要傳輸 業(yè)務(wù)和本節(jié)點(diǎn)正在傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)的等級(jí)高低進(jìn)行比較，如果前者低于后者，則中繼節(jié)點(diǎn)
在之前延遲的基礎(chǔ)上再延遲long—relay—delay_2后，轉(zhuǎn)發(fā)此RREQ信息；使到目的節(jié) 點(diǎn)的通路上含有盡可能少的有高級(jí)業(yè)務(wù)在傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)，避免影響高級(jí)業(yè)務(wù)的傳輸速度 和持續(xù)性。
步驟4，中繼節(jié)點(diǎn)估算緩存中數(shù)據(jù)包發(fā)完所需要的時(shí)間。
網(wǎng)絡(luò)中的中繼節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)發(fā)RREQ信息的同時(shí)，統(tǒng)計(jì)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的緩存中每種業(yè)務(wù)數(shù) 據(jù)包的個(gè)數(shù)和當(dāng)前傳輸速度，并對(duì)緩存中的數(shù)據(jù)包需要發(fā)送的時(shí)間進(jìn)行估算，具體估 算步驟參照?qǐng)D4如下
(4a)中繼節(jié)點(diǎn)判斷緩存中是否有待發(fā)送的數(shù)據(jù)包，如果沒(méi)有，將延遲時(shí)間估算 為eStimate_delay=0;如果有，統(tǒng)計(jì)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的緩存中每種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)；
(4b)中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)不同等級(jí)數(shù)據(jù)包的傳輸速度估算出緩存中的數(shù)據(jù)包發(fā)完所需 的時(shí)間。
首先，估算節(jié)點(diǎn)緩存中的數(shù)據(jù)包的所需要傳輸時(shí)間為
<formula>formula see original document page 7</formula>Ni是等級(jí)為i的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)，q是等級(jí)為i的數(shù)據(jù)的發(fā)送速度。
其次，根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的每個(gè)信道都有不同的接入時(shí)延，定義接入時(shí)延為從包準(zhǔn) 備好被傳輸?shù)焦?jié)點(diǎn)獲得信道開(kāi)始傳輸該包的時(shí)間間隔。每個(gè)節(jié)點(diǎn)上信道i的接入時(shí)延 為
<formula>formula see original document page 8</formula>其中g(shù)表示參與競(jìng)爭(zhēng)的節(jié)點(diǎn)發(fā)生碰撞的概率，『。表示最小競(jìng)爭(zhēng)窗口數(shù)，A^m,.表
示信道i上競(jìng)爭(zhēng)信道的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。
再次，設(shè)定每個(gè)節(jié)點(diǎn)中不同信道中節(jié)點(diǎn)的接入總時(shí)間為
t', A。c +似2 A +……+M j
其中Mj表示信道j上的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，Z^。^r，j是節(jié)點(diǎn)上信道J的接入時(shí)延；
最后，根據(jù)估算節(jié)點(diǎn)緩存中的數(shù)據(jù)包的所需要傳輸時(shí)間和每個(gè)節(jié)點(diǎn)中不同信道中 節(jié)點(diǎn)的接入總時(shí)間，得到緩存中數(shù)據(jù)包發(fā)完所需要的總時(shí)間為T + T';
(4c)將緩存中數(shù)據(jù)包發(fā)完所需要的總時(shí)間為T + T'設(shè)定為估算延遲時(shí)間
estimate_delay=T+T'，中繼節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)發(fā)RREQ信息時(shí)加入該estimate_delay的時(shí)延，
由此可使選路時(shí)避免經(jīng)過(guò)緩存較滿的中繼節(jié)點(diǎn)，提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的吞吐量以及路由效 率。
步驟5，目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送RREP信息進(jìn)行路由響應(yīng)。
在網(wǎng)絡(luò)中的源節(jié)點(diǎn)發(fā)送RREQ信息到目的節(jié)點(diǎn)的過(guò)程中，源節(jié)點(diǎn)尋找到了一條到 目的節(jié)點(diǎn)的路徑，目的節(jié)點(diǎn)根據(jù)先到先回的原則選擇一條最優(yōu)路徑發(fā)送RREP信息至 源節(jié)點(diǎn)，目的節(jié)點(diǎn)沿RREP信息的路徑反向傳輸數(shù)據(jù)，這一過(guò)程建立了一條由源節(jié)點(diǎn) 到目的節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)路徑。路徑上各節(jié)點(diǎn)為該業(yè)務(wù)流進(jìn)行的信道分配也在RREP信息的 回傳過(guò)程中完成。源節(jié)點(diǎn)收到RREP信息后就認(rèn)為路由建立己經(jīng)完成，即進(jìn)行數(shù)據(jù)傳 輸。
步驟6，路由維護(hù)。
(6a)當(dāng)由于目的節(jié)點(diǎn)或中繼節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)導(dǎo)致鏈路中斷時(shí)，中斷鏈路的上游鄰節(jié) 點(diǎn)主動(dòng)發(fā)送一個(gè)RERR信息，傳回到源節(jié)點(diǎn)，RERR信息中包含了中斷鏈路的兩端節(jié) 點(diǎn)地址。收到或者聽(tīng)到RERR信息的節(jié)點(diǎn)就會(huì)刪除所有包含中斷鏈路的路由。源節(jié)點(diǎn)收到RERR信息后，將觸發(fā)一次新的路由建立過(guò)程；
(6b)當(dāng)源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的路由建立好后，無(wú)論數(shù)據(jù)包的優(yōu)先等級(jí)，源節(jié)點(diǎn)以 信道允許的最大速度發(fā)送數(shù)據(jù)包，由于路徑上的中繼節(jié)點(diǎn)可能還承擔(dān)了別的業(yè)務(wù)，尤 其是級(jí)別更高的業(yè)務(wù)，致使節(jié)點(diǎn)發(fā)送每個(gè)業(yè)務(wù)的速度降低，網(wǎng)絡(luò)通過(guò)量減小，而此時(shí) 上游鄰節(jié)點(diǎn)仍保持較高的發(fā)送速率，就會(huì)進(jìn)一步加劇網(wǎng)絡(luò)的擁塞，降低通過(guò)量，從而 導(dǎo)致丟包率大大增加，為了解決這一問(wèn)題，本發(fā)明為有節(jié)點(diǎn)設(shè)置緩存區(qū)域，當(dāng)數(shù)據(jù)包 到達(dá)節(jié)點(diǎn)時(shí)，按到達(dá)的先后順序進(jìn)入對(duì)應(yīng)信道的發(fā)送隊(duì)列，并按照相應(yīng)規(guī)則進(jìn)行發(fā)送， 對(duì)來(lái)不及發(fā)送的數(shù)據(jù)包暫存在緩存區(qū)中；
(6c)設(shè)定中繼節(jié)點(diǎn)緩存區(qū)被占滿50%時(shí)，中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送QOS消息通知上游鄰 節(jié)點(diǎn)降低發(fā)送速度，每通知一次，上游鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送的速度減半，相反，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)在緩 存區(qū)空白一段時(shí)間后，由中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送QOS消息通知上游鄰節(jié)點(diǎn)增加發(fā)送速度，每 通知一次上游鄰節(jié)點(diǎn)，增加10%的發(fā)送速度；
(6d)當(dāng)上游鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送的速度降低到門限值時(shí)，雖然還能利用此路徑發(fā)包，但 是價(jià)值不大，源節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)包的同時(shí)發(fā)送RREQ信息重新尋路，在得到RREP 信息答復(fù)后，將新路徑與現(xiàn)有路徑比較，如果新路徑優(yōu)于現(xiàn)有的路徑，通知正在傳輸 的中繼節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)以新的路徑重新建立路由。 步驟7，節(jié)點(diǎn)的信道調(diào)度。
(7a)定義切換節(jié)點(diǎn)為使用多條信道并在這些信道上輪流切換的節(jié)點(diǎn)；
(7b)定義每一對(duì)源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)間的連接為 一個(gè)業(yè)務(wù)流，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)能 夠同時(shí)服務(wù)多個(gè)業(yè)務(wù)流。切換節(jié)點(diǎn)服務(wù)多個(gè)業(yè)務(wù)流的情況最為復(fù)雜；
(7c)參照?qǐng)D2，設(shè)定切換節(jié)點(diǎn)的工作模型，假設(shè)切換節(jié)點(diǎn)處存在多個(gè)業(yè)務(wù)流， 每個(gè)業(yè)務(wù)流可用一個(gè)2維數(shù)組表示{輸入信道，輸出信道}。 FC負(fù)責(zé)在不同的信道上 收集來(lái)自不同業(yè)務(wù)流的數(shù)據(jù)包，PC將收到的數(shù)據(jù)包按〈Sid ， Did〉的不同存入不同業(yè) 務(wù)流的隊(duì)列，PS將每個(gè)業(yè)務(wù)流隊(duì)列中的數(shù)據(jù)包按輸出信道的不同形成隊(duì)列，節(jié)點(diǎn)切 換到某一信道上時(shí)，F(xiàn)S負(fù)責(zé)將在該信道上排隊(duì)的數(shù)據(jù)包發(fā)送出去。從外部看，切換 節(jié)點(diǎn)在信道m(xù)上使用FC接收輸入信道二^的數(shù)據(jù)包，使用FS發(fā)送輸出信道=111的 數(shù)據(jù)包；
經(jīng)過(guò)FC， PC， PS和FS后，切換節(jié)點(diǎn)完成了基于信道的調(diào)度。若所有業(yè)務(wù)流的 優(yōu)先級(jí)相同，PS在所有的業(yè)務(wù)流隊(duì)列中輪詢，輪詢到某一業(yè)務(wù)流隊(duì)列時(shí)就將該隊(duì)列隊(duì)首的數(shù)據(jù)包添加到相應(yīng)輸出信道上的包隊(duì)列的隊(duì)尾。若業(yè)務(wù)流的優(yōu)先級(jí)不同，則 PS輪詢的時(shí)候依照業(yè)務(wù)流的優(yōu)先級(jí)從高到低的順序，將隊(duì)列隊(duì)首的數(shù)據(jù)包按不同等 級(jí)的相對(duì)比例添加到相應(yīng)輸出信道上的包隊(duì)列的隊(duì)尾。高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)包被添加到相 應(yīng)的輸出信道上的包隊(duì)列的隊(duì)尾的數(shù)目較低優(yōu)先級(jí)多。FS每成功發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包， 如果有控制消息需要轉(zhuǎn)發(fā)(LEAVE/JOIN消息，見(jiàn)切換節(jié)點(diǎn)的信道調(diào)度部分)，則發(fā) 送控制消息；若無(wú)控制消息需要發(fā)送，則取當(dāng)前信道的包隊(duì)列的隊(duì)首作為下一個(gè)要發(fā) 送的數(shù)據(jù)包；
(7d)如果節(jié)點(diǎn)是切換節(jié)點(diǎn)，需要頻繁切換信道以支持來(lái)自不同信道的多個(gè)業(yè)務(wù) 流。假設(shè)當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)向切換節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包，切換節(jié)點(diǎn)當(dāng)前工作信道不同于此節(jié)點(diǎn)的 工作信道，若立即發(fā)送，切換節(jié)點(diǎn)將收不到該數(shù)據(jù)包，導(dǎo)致發(fā)送失敗。假設(shè)切換節(jié)點(diǎn) 在另一個(gè)信道上停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，節(jié)點(diǎn)可能會(huì)錯(cuò)誤的認(rèn)為經(jīng)過(guò)切換節(jié)點(diǎn)的鏈路失效。所 以切換節(jié)點(diǎn)的鄰節(jié)點(diǎn)必須知道在它們正在工作的信道上切換節(jié)點(diǎn)是否可達(dá)，切換節(jié)點(diǎn) 應(yīng)該保證在所有信道上的停留時(shí)間不會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤判斷鏈路實(shí)效的結(jié)果。切換節(jié)點(diǎn)使用 LEAVE/JOIN消息將它的信道狀態(tài)通知給它的鄰節(jié)點(diǎn)；
(7e)參照?qǐng)D3，設(shè)定切換節(jié)點(diǎn)的駐留時(shí)間，切換節(jié)點(diǎn)在每個(gè)信道上調(diào)度的原則 和這個(gè)信道上的業(yè)務(wù)流等級(jí)相關(guān)；
首先，切換節(jié)點(diǎn)根據(jù)每個(gè)信道上的業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)別，設(shè)置信道的QOS值；信道的 QOS值，是先規(guī)定信道上的高級(jí)業(yè)務(wù)、中級(jí)業(yè)務(wù)、低級(jí)業(yè)務(wù)的權(quán)重分別為3、 2、 1; 再將此信道上的不同業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)別的權(quán)重進(jìn)行加權(quán)，作為信道的QOS值；
其次，切換節(jié)點(diǎn)根據(jù)信道的QOS值為每個(gè)信道分配不同的駐留時(shí)間，每個(gè)信道
的駐留時(shí)間T^正比于此信道的QOS值，這樣高級(jí)別的業(yè)務(wù)流所在的信道獲得的駐留
時(shí)間較長(zhǎng)，獲得更長(zhǎng)的發(fā)送時(shí)間，相反低級(jí)別業(yè)務(wù)流所在的信道獲得較短的駐留時(shí)間， 獲得較短的發(fā)送時(shí)間。
如圖3所示，切換節(jié)點(diǎn)一共6個(gè)可用信道，信道2上沒(méi)有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，切換節(jié) 點(diǎn)不為其分配駐留時(shí)間，信道l、 4、 6的QOS值較低，說(shuō)明在此信道上的業(yè)務(wù)流較 少或者級(jí)別較低，切換節(jié)點(diǎn)為其分配的時(shí)間也較少，信道3、 5的QOS值較高，說(shuō)明 在此信道上的業(yè)務(wù)流較多或者級(jí)別較高，切換節(jié)點(diǎn)為其分配了更多的駐留時(shí)間，使得 高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)得以迅速發(fā)送。術(shù)語(yǔ)解釋
SORP: Spectrum aware on-demand routing protocol，頻譜感知路由算法;
AODV: Ad hoc on-demand distance vector,自組網(wǎng)按需距離向量；
SOP: Spectrum Opportunity,頻譜機(jī)會(huì)；
RREQ: Router Request,路由請(qǐng)求；
RREP: Router Reply，路由答復(fù)；
RERR: router E匿，路由錯(cuò)誤；
QOS: Quality Of Service,服務(wù)質(zhì)量；
Sid: Source ID,源節(jié)點(diǎn)地址；
Did: Destination ID,目的節(jié)點(diǎn)地址；
FC: Frequency Based Classfier，基于頻率的歸類器；
PC: Packet Classfier，包的歸類器；
FS: Frequency Based Sheduler，基于頻率的調(diào)度器；
PS: Packet Sheduler，包的調(diào)度器；
Chx:信道x。
權(quán)利要求
1、一種具有業(yè)務(wù)感知能力的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)路由方法，包括如下步驟(1)將網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)分為不同等級(jí)，使高等級(jí)業(yè)務(wù)獲得更多的優(yōu)先權(quán)利；(2)網(wǎng)絡(luò)中的源節(jié)點(diǎn)采用廣播的泛洪方式在所有感知到的信道上輪詢發(fā)送RREQ信息，發(fā)送完成后回到初始信道；(3)網(wǎng)絡(luò)中的中繼節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)發(fā)RREQ信息時(shí)，對(duì)RREQ信息中攜帶的要傳輸業(yè)務(wù)和本節(jié)點(diǎn)正在傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)的等級(jí)高低進(jìn)行比較，如果前者低于后者，則中繼節(jié)點(diǎn)延遲long_relay_delay_2后，再轉(zhuǎn)發(fā)此RREQ信息；(4)網(wǎng)絡(luò)中的中繼節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)發(fā)RREQ信息的同時(shí)，統(tǒng)計(jì)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的緩存中每種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)和當(dāng)前傳輸速度，并對(duì)緩存中的數(shù)據(jù)包需要發(fā)送的時(shí)間進(jìn)行估算，以感知網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)的動(dòng)態(tài)變化，調(diào)整RREQ信息的發(fā)送路徑；(5)網(wǎng)絡(luò)中的目的節(jié)點(diǎn)收到RREQ信息后，依照先到先回的原則發(fā)送RREP信息，建立路由；(6)網(wǎng)絡(luò)中的源節(jié)點(diǎn)在目的節(jié)點(diǎn)建立的路由上，以信道允許的最大速度發(fā)送數(shù)據(jù)包，并對(duì)所有節(jié)點(diǎn)設(shè)置緩存區(qū)域，當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)節(jié)點(diǎn)時(shí)，按到達(dá)的先后順序進(jìn)入對(duì)應(yīng)信道的發(fā)送隊(duì)列，并按照相應(yīng)規(guī)則發(fā)送數(shù)據(jù)包，對(duì)來(lái)不及發(fā)送的數(shù)據(jù)包暫存在緩存區(qū)中；(7)設(shè)定中繼節(jié)點(diǎn)緩存區(qū)被占滿50％時(shí)，中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送QOS消息通知上游鄰節(jié)點(diǎn)降低發(fā)送速度，每通知一次，上游鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送的速度減半，相反，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)在緩存區(qū)空白一段時(shí)間后，由中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送QOS消息通知上游鄰節(jié)點(diǎn)增加發(fā)送速度，每通知一次上游鄰節(jié)點(diǎn)，增加10％的發(fā)送速度；(8)當(dāng)上游鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送的速度降低到門限值時(shí)，源節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)包的同時(shí)發(fā)送RREQ信息重新尋路，在得到RREP信息答復(fù)后，將新路徑與現(xiàn)有路徑比較，如果新路徑優(yōu)于現(xiàn)有的路徑，通知正在傳輸?shù)闹欣^節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)以新的路徑重新建立路由。
2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)路由方法，其中步驟(1)所述的將網(wǎng)絡(luò)中的 業(yè)務(wù)分為不同等級(jí)，是根據(jù)認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)類型，將其分為高級(jí)業(yè)務(wù)、中級(jí) 業(yè)務(wù)、低級(jí)業(yè)務(wù)，該高級(jí)業(yè)務(wù)為實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，該低級(jí)業(yè)務(wù)為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，該中級(jí)業(yè)務(wù)為其余業(yè)務(wù)。
3、根據(jù)權(quán)利要求l所述的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)路由方法，其中步驟(4)所述的對(duì)數(shù)據(jù)包的 到達(dá)速率以及緩存中的數(shù)據(jù)包需要發(fā)送的時(shí)間進(jìn)行估算，按照如下步驟進(jìn)行(3a)網(wǎng)絡(luò)中的中繼節(jié)點(diǎn)計(jì)算每個(gè)可用信道的緩存中暫存的數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)和大小, 并判斷每種數(shù)據(jù)包的業(yè)務(wù)等級(jí)以及該等級(jí)數(shù)據(jù)包的發(fā)送速度；(3b)將緩存中的數(shù)據(jù)包的所需要傳輸時(shí)間設(shè)為T=^ + ^ +……+ *， Ni是等級(jí)為i的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)，Cj是等級(jí)為i的數(shù)據(jù)的發(fā)送速度；(3C)將每個(gè)節(jié)點(diǎn)的接入時(shí)延設(shè)為A^。#，,.=-^——^^『。，g表示(1-尸c)(l-(l-尸c)^1)參與競(jìng)爭(zhēng)的節(jié)點(diǎn)發(fā)生碰撞的概率，『。表示最小競(jìng)爭(zhēng)窗口數(shù)，M/m,.表示信道i上競(jìng)爭(zhēng) 信道的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；(3d)根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的接入時(shí)延i^^。力.，估算中繼節(jié)點(diǎn)的接入總時(shí)間為T'=M1A^。//，1+M2JD6。#，2+ +肘^。^^， Mj表示信道j上的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；(3e)根據(jù)數(shù)據(jù)包的所需要傳輸時(shí)間T和估算中繼節(jié)點(diǎn)的接入總時(shí)間T'，將延遲 時(shí)間估算為estimate_delay=T+T'，并在中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)RREQ信息時(shí)，加入該估計(jì)時(shí) 延estimate_delay。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)路由方法，其中步驟(6)所述的按照相應(yīng) 規(guī)則發(fā)送數(shù)據(jù)包，是按照如下步驟進(jìn)行(4a)中繼節(jié)點(diǎn)中需要切換信道的切換節(jié)點(diǎn)，根據(jù)每個(gè)信道上的業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)別， 設(shè)置信道的QOS值；(4b)切換節(jié)點(diǎn)根據(jù)信道的QOS值為每個(gè)信道分配不同的駐留時(shí)間，每個(gè)信道的駐留時(shí)間T^正比于此信道的QOS值。
5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)路由方法，其中所述的設(shè)置信道的QOS值， 是先規(guī)定信道上的高級(jí)業(yè)務(wù)、中級(jí)業(yè)務(wù)、低級(jí)業(yè)務(wù)的權(quán)重分別為3、 2、 1;再將此信 道上的不同業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)別的權(quán)重進(jìn)行加權(quán)，作為信道的QOS值。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有業(yè)務(wù)感知能力的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)路由方法，解決了普通認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)路由缺乏對(duì)自身網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的感知和自適應(yīng)性的問(wèn)題。其步驟為將業(yè)務(wù)分為不同等級(jí)；源節(jié)點(diǎn)采用廣播的泛洪方式在所有感知到的信道上輪詢發(fā)送RREQ信息；中繼節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)發(fā)RREQ信息時(shí)，避免經(jīng)過(guò)有高級(jí)業(yè)務(wù)在傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)；對(duì)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)緩存中的數(shù)據(jù)包需要發(fā)送的時(shí)間進(jìn)行估算，轉(zhuǎn)發(fā)RREQ信息時(shí)加入估算時(shí)延estimate_delay；目的節(jié)點(diǎn)收到RREQ信息后，依照先到先回原則發(fā)送RREP信息，建立路由；中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送QOS消息通知上游鄰節(jié)點(diǎn)改變其發(fā)送速度；當(dāng)路徑上發(fā)送的速度降低到門限值時(shí)，由源節(jié)點(diǎn)重新尋路。本發(fā)明具有高級(jí)業(yè)務(wù)發(fā)送快速準(zhǔn)確，時(shí)延短，路由效率高和網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷能力大的優(yōu)點(diǎn)，可用于認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。
文檔編號(hào)H04W40/02GK101534523SQ200910021909
公開(kāi)日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2009年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月8日
發(fā)明者琰 史, 迪 唐, 琰 張, 揚(yáng) 徐, 李建東, 敏 盛, 賴征林 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)