多信道认知网络组网同步算法研究

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1、摘要：木文主要研究认知无线网络同步组网技术，在多跳多信道网络环境的基础上，在网络数据通信前加入了动态根选取算法，构建了树形网络拓扑，利川生成树协议，设计一种适合丁认知网络的组网同步算法，完成频率同步和时间同步。在NS2工具下测试了算法性能,证明了本算法同步性能的优越。中国论文网关键词：组网；多跳网络；树协议中图分类号：TN929.5文献标识码：A文章编号：1007-9599(2012)15-0000-02木文研究的环境是认知无线网络，它具有节点能量有限、无控制中心、拓扑结构不断变化、节点智能行动和带宽受限等特点，已成为近年来网络研究热点

2、0—。认知网络是一种所有节点都能够口动寻找路rh,口动探测网络拓扑信息，口动适应网络结构并选择网络丄作参数，确定数据传输方案的分布式新型通信网络。可以把网络中所有的节点可以看作一个冇机的整体，观察网络性能。而传统通信技术如路山协议、功率分配和纽•网同步协议等，无法ft接应川在认知网络中，必需垂新设计才能满足新型网络的诸多特点［1］。传统的无线网络为单信道结构，网络所有节点都不运动且不需要频率同步，因为在单一的信道上，节点发送广播帧就可以使得全网节点时间同步。例如MTSF协议是在多跳单信道网络中应用的时间同步协议，信标帧沿着己探索的最快到

3、达的无线路径，使用较少时间就可以使得全网络所有节点时间同步［2］o纽网同步算法的前提是网络所有节点频率同步一致，时间同步一致［3］。频率同步一致不仅指节点间信道协商一致，而冃要求整体网络对信道感知、使川和切换都耍一致，否则将导致传输延迟大。时间同步要求所有节点时钟保持偏差保持在一定的范围即可认为同步。由于本多信道网络模型不存在公共信道，初期所有节点必须执行牛成树协议，初始阶段或网络拓扑变化时所有节点构造成树的结构。在建立树结构的时候，根节点需要把确定选择的信道信息加入报文空口字段，非根节点收到通知的信道选择报文后，确定白身在树形结构的等

4、级和传输信道，保证频率同步。频率同步是吋间同步的前提，通过节点间数据交互方式，故终目的是使得全网节点时间同步，选择合适的时隙接入信道与节点交换数据。1多信道多跳同步技术本文研究的是认知网络，它的组网同步还存在诸多技术难点，包括动态可变的网络拓扑、多跳多信道通信模式和信道资源的可变性等。动态可变的网络拓扑结构是由于无线节点无规则的移动。无线网络周围环境的改变，也增加组网同步协议的开销，包括邻居节点之间交互信息和路山协议报文传递等。多跳多信道网络环境也会导致节点间频率不一致，无法止常通信，当传收节点切换到重合信道时候，才能协商通信，传输数据

5、报文。山于认知网络频谱总量、空闲信道个数等资源一般都在持续变化，而II认知网络主用八存在时，其它用户不允许使川繁忙信道，否则会影响主川户通信质量，因此可变的无线资源和网络拓扑，会增加组网同步技术的难度［4］。H前分布式多跳网络解决时间同步是一个难题，由于节点内部时钟碳件老化等原因，全网时钟始终无法摆脱存在一定的误差的结果。分布式网络无法使用中心节点或基础设施用来作为吋钟同步棊准，不能达到绝对参考比较的作用。目前主要有两种方式解决全网同步问题,一-是每个节点都必须配置GPS接收装置，以GPS同步吋间为绝对参考，缺点是成木过高且能耗人；二是

6、使川时间同步协议完成同步过程。经典分布式时间同步协议包括1TSF协议、RBS协议、CSMNS协议等。但这些协议都有难以克服的缺点，MTSE协议开销较大，RBS协议交换信息过大，且存在隐藏终端问题，CSMNS协议接收到的节点时间信息并不准确，不适应实际网络应用。经典分布式多跳频率同步协议包括CR-SYNC协议［5］、DCA-PC协议等，经过修改可以应川在分布式系统中。2频率时间同步算法2.1生成树构造本算法首先必须构造生成树结构，树形结构同步协议有根节点作为时间基准和掌握全网信息、低控制报文发送开销等优势，避免了广播风暴问题。存在根节点

7、的时间同步协议将能够掌握全网信道信息和工作频段，将极大的减少信道协商报文数杲和协商时间,否则依据邻居节点报文交互方式，增加了算法复杂性和实现难度。首先根据一种选取树结构根的算法，选择一个或数个节点作为根节点，然后由根节点发动建立拓扑的过程，主要通过发送特殊标志通知报文将根节点TD的信息告知全网络，非根节点接收到标志报文后，自身选择如何加入到生成树中。目前根节点选择算法包括•人工指定根和动态选取根［6］两种方式。人工指定根的方式不适合变化迅速的网络，效率很低。本文根节点算法主耍基于动态根选举算法，初始阶段运行算法的无线节点迓入根节点竟争阶

8、段，当某一节点竞争成功，成为根节点后，将向全网广播它已成为根节点的报文，接收到此报文的节点将此节点ID与它已经掌握的根节点TD比较，若认为这是更优的选择，则协助根节点转发广播报文，否则不转发。经过全网竞争比