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1、第34卷第9期西南大学学报(自然科学版)2012年9月Vol.34No.9JournalofSouthwestUniversity(NaturalScienceEdition)Sep.2012文章编号:16739868(2012)09012808基于认知无线电的MANET网络中虚拟骨干网的建立①刘昌明1,李林1,冯文江2,吴迪21.重庆电子工程职业学院,重庆401331;2.重庆大学通信工程学院,重庆400030摘要:将认知无线电技术融入MANET网络,利用认知节点的频谱感知功能,实施基于动态信息的簇首和网关选择.以簇首为锚
2、点,通过选择受主用户影响较小的网关节点寻求连通支配集,建立虚拟骨干网.由此生成的虚拟骨干网以簇首为接入点,簇首间的网关承担簇间连接功能.基于权值比较,通过对主用户的位置感知,划分认知节点的空间分布区域并赋以不同的权值设计,实现对网络的分区处理,一方面维持运动中的分簇相对稳定,另一方面减少干扰链路存在的概率.最后通过仿真分析进行了算法的有效性验证.关键词:移动无线自组网;认知无线电;虚拟骨干网;拓扑;分簇中图分类号:TN929.5文献标志码:A移动无线自组网(MobileAdhocWirelessNetworks:MANET)
3、是一种小范围部署,无固定基础设施[1]的无线通信系统,广泛应用于军事通信、应急通信、紧急服务等特殊领域.MANET网络具有灵活部署、快速机动等优点,但也存在带宽和成员电池能量有限、拓扑变化快、可扩展性和安全性差等不足.将认知[2]无线电技术融入MANET网络,通过对主用户工作状态的监测和自适应资源调整,能实现频谱资源共享,满足用户的QoS需求.[3]MANET网络结构分为平面结构和分层结构,平面结构由于没有骨干基础设施的支撑,处理能力和扩展性较弱,数据交换时,若采用泛洪会造成大量的重复消息,浪费有限的带宽资源;若采用按需路由
4、也会加重控制开销.而分层结构则具有更高的管理效能,同时也可以为数据交换提供路由建议.分簇是建立分层结构管[4]理平面的核心技术之一,通过特定的选举方式,在对等网中选出相对固定的簇首节点(clusterhead:CH),簇首节点辅助簇内通信,而簇间通过网关节点(Gateway:GW)建立链路.这种机制通过簇首协调簇内通信,抑[5]制了簇内消息的“泛洪”(Flooding),但在较稠密的网络中,依旧大量存在冗余簇间链路.在保证簇连通的前提下,通过建立一个包含最少节点数目的虚拟骨干网作为短期的“基础设施”服务网络,是有效降低全网通
5、信负荷的方式之一.尽管这个想法很吸引人,但是从图论角度看,寻找最小连通支配集是一个著名的NP难问题.目前,有关虚拟骨干网的构造算法大致分为集中式和分布式两类.文献[5]提出了一种稠密自组网中通过单跳网关的选举形成连通支配集的分布式近似算法;文献[6]提出了控制平面的网状模式(Mesh-like)和树状(Tree-like)模式,设计了在分区内建立连通支配集再将其连接起来的骨干网建设方法;文献[7]提出了融合了认知无线电技术的无线自组织网络的体系结构;但是,目前针对认知无[8]线电MANET网络的拓扑管理研究比较少.认知无线电
6、作为一种智能频谱共享技术,依靠人工智能的支持,感知无线通信环境,根据一定的学习①收稿日期:20120229基金项目:国家自然科学基金(60872038);重庆市自然科学基金重点项目(CSTC2009BA2064);国家211工程三期建设项目(S09102);重庆市教委科技项目(KJ102201);重庆市教委科技项目(KJ102203)资助.作者简介:刘昌明(1956),男,重庆人,副教授,主要从事计算机网络,软件工程方面的研究.2西南大学学报(自然科学版)http://xbbjb.swu.cn第34卷和决策算法,实时自适应的
7、改变系统工作参数,动态的检测和有效的利用空闲频谱,理论上允许在时域、频域和空域上进行多维的频谱复用和共享,被认为是缓解目前日益增长的频谱需求与有限的频谱资源之间矛盾的一种有效手段.在MANET网络中融合认知无线电技术和拓扑管理技术,在保留固有工作频段的同[9]时,通过认知无线电技术对空闲授权频段的临时借用,获取额外的MANET网络通信带宽,并频谱感知到主用户工作时及时让出该频谱资源,避免对主用户造成干扰.如果工作在一个授权频率的主用户被发现,认知用户应该立刻停止占用这个频点,切换到另一个可用频点上继续当前的通信.因为这个要求
8、的存在,新频点的选择和被占频点的出让是一个整体过程.这项工作需要频谱感知、链路层的邻居发现以及路由协议这三部分的整合,在过程中,对网络的实时性会造成一定损失,协议做到对上层透明,但是传输延迟是不可避免的.但是,频谱让出会带来一定延迟,比如,认知用户需要重配置发射机工作频率和调制方[10]式
