認知路由算法設計的挑戰(zhàn)與關鍵指標分析

1、認知路由算法設計的挑戰(zhàn)與關鍵指標分析認知路由算法設計的挑戰(zhàn)與關鍵指標分析隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展以及通信需求的不斷增加，現(xiàn)有的固定頻譜分配方案導致頻譜資源日益枯竭，如何有效地提高頻譜利用率以滿足不同用戶的多種業(yè)務需求已經(jīng)成為通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢和面臨的主要挑戰(zhàn)。認知無線電技術(shù)[1]被認為是應對這一挑戰(zhàn)的關鍵手段。認知無線電的核心思想是，通過頻譜感知和系統(tǒng)的智能學習能力，實現(xiàn)動態(tài)頻譜分配和頻譜共享。認知無線電技術(shù)在工業(yè)控制、戰(zhàn)場偵查、

2、野外勘查等需要多跳鏈路的復雜電磁環(huán)境中，具有不可比擬的優(yōu)勢。由多個認知無線電收發(fā)機以自組織的形式組建而成的無線網(wǎng)絡稱為認知無線網(wǎng)絡（以下簡稱為認知網(wǎng)絡）。其中，路由研究[2]是認知網(wǎng)絡研究的一個重要方面，在設計認知路由算法時，目前討論較多的是基于基礎設施的認知網(wǎng)絡（即平面型認知網(wǎng)絡），即主要用戶（PU）與認知用戶（CU）共同組成的網(wǎng)絡，節(jié)點角色在網(wǎng)絡部署前已經(jīng)確定，并且在網(wǎng)絡生命周期內(nèi)保持不變。對這種網(wǎng)絡的路由進行研究是目前的主流。1認

3、知路由算法設計的挑戰(zhàn)由于受到認知節(jié)點頻譜機會的不確定性、多頻段通信的差異性、信道切換延時影響以及授權(quán)用戶的干擾等影響[3]，認知用戶間的通信隨時可能被中斷而不得不重新尋找新的可用頻段，對認知網(wǎng)絡中路由算法的研究提出了新的嚴峻挑戰(zhàn)，成為了目前的研究熱能反映不同連接間的可靠性和等待信道切換的時延。傳統(tǒng)的基于帶寬、延時、吞吐量和能量有效等評價指標不再適合于認知網(wǎng)絡，比如，傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡在計算延時大多只需考慮傳輸隊列的延時和路徑延時等，但對于認知

4、網(wǎng)絡而言，節(jié)點上信道切換帶來的延時，以及節(jié)點間競爭同一信道帶來的延時，對于最終路由性能的影響顯得更為重要。因此，設計符合認知網(wǎng)絡路由內(nèi)在性能需求的路由測度是目前研究的熱點之一。⑶MAC層與路由層的聯(lián)合設計問題為了獲得端到端的優(yōu)化性能，當前的路由算法大多采用了MAC層與路由層的跨層設計思路[45]，基于這種思路主要有兩種設計方法：去耦合設計（decoupleddesign）和聯(lián)合設計（collabativedesign）。但是去耦合設計著

5、重于單跳通信的優(yōu)化，很難達到良好的端到端的性能；其次，因為鏈路在信道間頻繁的切換，使得對鏈路質(zhì)量的預測變得困難，這潛在地降低了所選路由的可靠性。而聯(lián)合設計則將兩者融合起來對所要選擇的路由、路由中每個鏈路上所使用的信道，以及對信道使用的時間調(diào)度等做出決策。這種設計方法能夠較為準確地預測鏈路間的性能，提高路由選擇的精確性和可靠性。但是，這種方法增加了額外的復雜性和通信開銷，并使得路由選擇對于頻譜的波動變得敏感，任何可用頻譜的改變都可能觸發(fā)新