基于時(shí)間預(yù)測(cè)的多跳頻譜切換算法研究

寧國(guó)勤，張靜

華中師范大學(xué) 信息技術(shù)系，武漢 430079

基于時(shí)間預(yù)測(cè)的多跳頻譜切換算法研究

寧國(guó)勤，張靜

華中師范大學(xué) 信息技術(shù)系，武漢 430079

1 引言

認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電（Cognitive Radio，CR）技術(shù)被認(rèn)為是提高頻譜利用率的一種有效方法[1]。在認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中，認(rèn)知用戶(hù)（或稱(chēng)為次用戶(hù)：Secondary Users，SUs）在使用分配給授權(quán)用戶(hù)（或稱(chēng)為主用戶(hù)：Primary Users，PUs）的頻譜資源時(shí)，必須保證對(duì)PUs造成的干擾限制一定范圍內(nèi)。CR網(wǎng)絡(luò)有分布式控制和集中式控制兩種主要結(jié)構(gòu)形式[2-3]。在分布式CR網(wǎng)絡(luò)中，沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，是一種Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)。而在集中式控制CR網(wǎng)絡(luò)中，有認(rèn)知基站（CR-BS）或接入點(diǎn)存在，這樣SUs可以和遠(yuǎn)端的用戶(hù)進(jìn)行通信。

CR網(wǎng)絡(luò)中的頻段很寬，不同頻段的頻譜具有異構(gòu)特征，表現(xiàn)在傳輸功率、覆蓋范圍、比特錯(cuò)誤率、數(shù)據(jù)速率等方面[2]。另外，SUs可能是靜止的，也可能是移動(dòng)的，而移動(dòng)將會(huì)進(jìn)一步造成對(duì)PUs的干擾，同時(shí)分配信道的使用時(shí)間也將受到影響。針對(duì)集中控制CR網(wǎng)絡(luò)，曾圍繞用戶(hù)移動(dòng)和頻譜異構(gòu)給出了一種動(dòng)態(tài)頻譜共享算法[4]。在該算法中，建立了信道共享分配效用函數(shù)，但SUs只能以單跳方式接入到CR-BS。因此，一旦正在通信的SUs由于移動(dòng)遠(yuǎn)離CR-BS，或是PUs出現(xiàn)，則需要進(jìn)行信道切換，若此時(shí)沒(méi)有可以單跳接入的空閑信道，就必然會(huì)出現(xiàn)通信中斷。為了提高用戶(hù)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量（QoS），可以采用多跳切換來(lái)減少切換阻塞概率，這將是本文要解決的重要問(wèn)題。

目前，針對(duì)CR Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)不同的性能指標(biāo)已經(jīng)提出了一些路由協(xié)議。其中，有一類(lèi)基于時(shí)延的路由協(xié)議[5-7]，考慮了切換、媒體接入、隊(duì)列排隊(duì)等時(shí)間，這些協(xié)議能夠優(yōu)化端到端時(shí)延，然而節(jié)點(diǎn)移動(dòng)對(duì)鏈路使用時(shí)間的影響卻沒(méi)有考慮。為了避免對(duì)PUs的干擾，Ding等人使用功率控制和SINR來(lái)優(yōu)化路徑選擇和頻譜分配[8]。然而，當(dāng)不同頻段具有不同的傳輸距離時(shí)，高的SINR并不總表示長(zhǎng)的使用時(shí)間。而且，如果節(jié)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，SINR變化很快，這就需要將節(jié)點(diǎn)移動(dòng)考慮到鏈路可使用時(shí)間中。文獻(xiàn)[9]首次在CR Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中采用節(jié)點(diǎn)移動(dòng)來(lái)預(yù)測(cè)鏈路穩(wěn)定時(shí)間，但是預(yù)測(cè)時(shí)必須使用兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的3個(gè)距離樣本[10]，另外也沒(méi)有考慮頻譜異構(gòu)特性。

本文在以往研究的基礎(chǔ)上[4]，提出了一種多跳信道切換算法。針對(duì)兩個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，建立一種信道可使用時(shí)間預(yù)測(cè)模型，然后設(shè)計(jì)出一種基于路徑可使用時(shí)間預(yù)測(cè)的路由算法。仿真結(jié)果表明，提出的算法可以大大降低信道切換阻塞概率，同時(shí)信道利用率也得到進(jìn)一步提高。

2 系統(tǒng)模型

在圖1所示的集中控制CR網(wǎng)絡(luò)中，SUs可以是靜止或運(yùn)動(dòng)的，SUs和CR-BS都需要進(jìn)行頻譜信道檢測(cè)。假設(shè)能夠檢測(cè)到的授權(quán)和非授權(quán)信道集合為C，信道總數(shù)量為|C|=M。按傳輸距離不同將C內(nèi)信道共分為L(zhǎng)種，用Rl表示第l類(lèi)信道的覆蓋半徑，l={1，2，…，L}。Cl表示第l類(lèi)信道集合；Ci表示第i個(gè)SU檢測(cè)到的可用信道集合，則Ci?C，且|Ci|=Mi≤M；表示Ci中傳輸距離為第l類(lèi)的信道集合，則在后面的分析和仿真中，假設(shè)L=3，且變量l表示信道類(lèi)型，變量i表示一個(gè)特定的SU用戶(hù)。另外，假設(shè)存在一個(gè)用于CR-BS和SUs以及SUs間的公共控制信道CCC[11]。

圖1 集中控制CR網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖(L=3)

另外，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中共有L種類(lèi)型的PUs，第l種類(lèi)型的PUs只能使用第l種類(lèi)型的信道Cl。當(dāng)一個(gè)類(lèi)型為l的PU出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中，若無(wú)l類(lèi)型的信道可使用時(shí)，則附近正在使用l類(lèi)型信道的SUs必須釋放一個(gè)l類(lèi)型的授權(quán)信道。

CR網(wǎng)絡(luò)中3種類(lèi)型信道的傳輸半徑分別為R1、R2、R3，從圖1中可看出，圍繞CR-BS將形成3層可單跳通信區(qū)域，分別是外層、中間層和內(nèi)層。任何位置的SUs都可檢測(cè)C中哪些信道空閑，包括CR-BS。若用戶(hù)SUi位于外層，檢測(cè)可用信道組為Ci，但只有傳輸距離最遠(yuǎn)的信道可用來(lái)和CR-BS進(jìn)行通信。若SUi位于內(nèi)層，則、和都可用。因此，隨著與CR-BS之間距離的增加，SUs可使用的信道也相應(yīng)減少。在這種情況下，信道分配就必須考慮SUs在網(wǎng)絡(luò)中的位置以及移動(dòng)模式。

SUs發(fā)起新連接請(qǐng)求時(shí)，和CR-BS只能以單跳方式進(jìn)行通信，此時(shí)的信道共享分配方法詳見(jiàn)文獻(xiàn)[4]。當(dāng)通信中的SUs由于本身移動(dòng)或PUs出現(xiàn)需要從正在使用的信道中退出時(shí)，若此時(shí)沒(méi)有空閑的信道用來(lái)進(jìn)行單跳切換，則需要進(jìn)行多跳切換，這將是本文重點(diǎn)研究的內(nèi)容。由于用戶(hù)移動(dòng)和信道傳輸距離不同，所以在進(jìn)行信道切換時(shí)，為了使建立的多跳切換路徑的可使用時(shí)間盡可能長(zhǎng)，本文采用了移動(dòng)模型來(lái)預(yù)測(cè)鏈路可使用時(shí)間，CR-BS將選擇可使用時(shí)間最長(zhǎng)的路徑作為多跳切換的路由。

3 信道可使用時(shí)間預(yù)測(cè)

在無(wú)線(xiàn)通信的熱點(diǎn)地區(qū)，通過(guò)頻率復(fù)用技術(shù)將宏小區(qū)分裂為面積更小的微小區(qū)，可以獲得更高的系統(tǒng)容量[12]，信道的傳輸范圍因此也將變得更小。另外，頻譜檢測(cè)不可避免地存在錯(cuò)誤檢測(cè)，為了盡量避免對(duì)PUs的干擾，SUs的發(fā)射功率將受到控制，對(duì)于移動(dòng)用戶(hù)，實(shí)際的信道可使用時(shí)間將縮短?？紤]到這些，假設(shè)在CR網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)用戶(hù)的速度和方向在通信期間保持不變[9]。

假設(shè)兩個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)SUi和SUj都是移動(dòng)的，開(kāi)始的二維位置坐標(biāo)為(xi，yi)和(xj，yj)，移動(dòng)速度和方向分別是(θi，vi)和(θj，vj)。另外，假設(shè)存在一個(gè)空閑信道可用于連接SUi和SUj，該信道的最大傳輸覆蓋半徑為dmax，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)開(kāi)始的距離為d0。當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到距離為dmax時(shí)，該信道將不能使用，因此利用圖2所示的幾何模型，可以預(yù)測(cè)該信道連接兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間tp。

圖2 信道可使用時(shí)間預(yù)測(cè)模型圖

經(jīng)過(guò)tp時(shí)間后，SUi和SUj的新位置坐標(biāo)為：

則表達(dá)式（1）可以轉(zhuǎn)換為：

最后，可以得到信道可使用時(shí)間tp為：

該信道使用時(shí)間預(yù)測(cè)模型也可以用于一個(gè)節(jié)點(diǎn)靜止，另一個(gè)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的情形。然而，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)都處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，則tp→∞。這樣在信道分配時(shí)，根據(jù)預(yù)測(cè)時(shí)間不易區(qū)分不同傳輸范圍的信道，而且若是靜止節(jié)點(diǎn)直接接入CR-BS，則靜止節(jié)點(diǎn)相對(duì)于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)更容易分配到信道。在仿真部分，將假設(shè)SUs的最小移動(dòng)速度為v=1 m/s。因此，為了改善公平性，當(dāng)tp=∞時(shí)，設(shè)置tp=2Rl。另外，為了避免鏈路使用時(shí)間過(guò)短，設(shè)置一個(gè)信道可使用時(shí)間門(mén)限Tth。

4 多跳頻譜切換

在集中控制CR網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)PUs出現(xiàn)或SUs移動(dòng)出信道的最大覆蓋范圍時(shí)，就需要進(jìn)行頻譜切換，即信道切換。切換時(shí)，如果在CR-BS和SUs間不存在空閑且覆蓋范圍滿(mǎn)足要求的單跳接入信道，則可以采用多跳切換。本章將主要介紹基于預(yù)測(cè)時(shí)間和用戶(hù)移動(dòng)的多跳切換路由和信道分配方法。

4.1 距離指示變量

信道能否被使用與節(jié)點(diǎn)間的距離以及信道本身的傳輸距離有關(guān)，因此定義距離指示變量為：

其中，dSUi?SUj表示SUi與SUj間的距離；表示檢測(cè)到的第l類(lèi)信道在傳輸距離上是否可供SUi與SUj的通信。當(dāng)=1時(shí)，表示兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的距離小于第l類(lèi)信道的傳輸距離，則SUi可使用該類(lèi)信道和SUj進(jìn)行通信。

4.2 源節(jié)點(diǎn)

當(dāng)一個(gè)SU節(jié)點(diǎn)需要切換時(shí)，這個(gè)源節(jié)點(diǎn)（Source Node）就發(fā)起路由請(qǐng)求。首先，向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播一個(gè)路由請(qǐng)求包（RREQ），RREQ中包含的重要信息有：源節(jié)點(diǎn)ID號(hào)，預(yù)測(cè)的路徑可用時(shí)間Tpath，最短鏈路時(shí)間戳tlink，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)選擇的信道csel及該信道的預(yù)測(cè)使用時(shí)間Tcsel，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的位置、速度和方向以及可使用的信道組CRREQ。

其中，路徑可使用時(shí)間Tpath由該路徑中的最短可使用時(shí)間的鏈路來(lái)決定。由于路由需要時(shí)間，所以當(dāng)RREQ到達(dá)后面節(jié)點(diǎn)時(shí)，該路徑前面可能存在移動(dòng)中間節(jié)點(diǎn)，則這些鏈路的可使用時(shí)間將會(huì)由于節(jié)點(diǎn)移動(dòng)而減少，這就是設(shè)置最短鏈路時(shí)間戳tlink的原因。

4.3 中間節(jié)點(diǎn)

為了避免多跳路由時(shí)出現(xiàn)環(huán)路，同時(shí)為了減少跳數(shù)，在接收到RREQ的多個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)中，只有方位角為2θmax且朝向目的節(jié)點(diǎn)的那些節(jié)點(diǎn)可以繼續(xù)前傳RREQ[13]。另外，考慮到信道切換和隊(duì)列時(shí)延，處于工作狀態(tài)中的節(jié)點(diǎn)將不會(huì)被作為接力傳輸中間節(jié)點(diǎn)，只有處于空閑狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)能夠前傳RREQ。接下來(lái)將具體分析中間節(jié)點(diǎn)的路由過(guò)程：

（1）如果節(jié)點(diǎn)SUi是源節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)，且滿(mǎn)足作為中間節(jié)點(diǎn)的條件，則進(jìn)行如下處理步驟：

步驟3如果Tpath＞Tth，則進(jìn)入下一步步驟4；否則就丟棄該RREQ并結(jié)束路由處理，這就意味著該鄰居節(jié)點(diǎn)不適合作為路由中間節(jié)點(diǎn)，因?yàn)殒溌房墒褂脮r(shí)間太短。

步驟5監(jiān)測(cè)信道CCC，當(dāng)CCC空閑時(shí)，就把發(fā)送RREQ的時(shí)刻作為最短鏈路時(shí)間戳tlink，并且發(fā)送RREQ到下一跳的鄰居節(jié)點(diǎn)，同時(shí)將RREQ保存在路由列表中。

（2）假設(shè)第二跳或更多跳的中間節(jié)點(diǎn)SUj接收到RREQ，同時(shí)假設(shè)發(fā)送該RREQ的前一個(gè)節(jié)點(diǎn)為SUi，則SUj將作如下處理：

步驟1假設(shè)RREQ到達(dá)SUj的時(shí)刻為，如果，就意味著從源節(jié)點(diǎn)到該節(jié)點(diǎn)的最短鏈路時(shí)間減少到低于時(shí)間門(mén)限以下，因此該節(jié)點(diǎn)將丟棄RREQ并終止處理；否則，就進(jìn)入下一步。

步驟2與源節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)類(lèi)似，SUj將計(jì)算Ci，j，如果Ci，j≠?，則進(jìn)入下一步；否則就丟棄接收到的RREQ。

步驟3預(yù)測(cè)Ci，j中的信道可使用時(shí)間。

步驟4選擇一個(gè)信道作為新的csel，并更新Tpath和Tcsel，或丟棄RREQ，具體算法如下：

SUj選擇和前一個(gè)節(jié)點(diǎn)相同的信道作為csel

步驟5更新RREQ中節(jié)點(diǎn)的位置、速度、CRREQ。監(jiān)測(cè)CCC，若CCC可用，如果Tpath被tmax更新，則最短鏈路時(shí)間戳tlink將被更新為當(dāng)前發(fā)送RREQ的時(shí)刻，否則不更新。

4.4 目的節(jié)點(diǎn)（CR-BS）

當(dāng)RREQ到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)CR-BS時(shí)，像中間節(jié)點(diǎn)一樣，CR-BS將預(yù)測(cè)可用信道的使用時(shí)間，并選擇一個(gè)合適的信道作為最后一跳鏈路使用的信道。當(dāng)CR-BS首次接收到來(lái)自源節(jié)點(diǎn)的RREQ時(shí)，將再等待一段比較短的時(shí)間Δt，以接收其他路徑來(lái)的RREQ。一旦存在多條路徑，CR-BS將選擇具有最長(zhǎng)路徑時(shí)間的路徑作為最優(yōu)路由，并回傳一個(gè)RREQ給源節(jié)點(diǎn)，從而確定要使用的路徑。

假設(shè)接收到N條路徑，對(duì)于路徑j(luò)，RREQ中的路徑可使用時(shí)間為T(mén)path(j)。定義(1)表示接收到第一條路徑的時(shí)刻，則其他路徑可使用時(shí)間將更新為：

否則，就表示沒(méi)有合適的路徑來(lái)完成多跳切換。

5 仿真實(shí)驗(yàn)

5.1 仿真模型

仿真場(chǎng)景為4 000 m×4 000 m的區(qū)域，PUs用戶(hù)可以出現(xiàn)在該區(qū)域的任何地方。CR-BS位于該區(qū)域的正中間。信道共12個(gè)，3種類(lèi)型，每種類(lèi)型信道為4個(gè)，傳輸距離分別為100 m、300 m、1 000 m。另外，設(shè)置一個(gè)CCC信道用于節(jié)點(diǎn)間的信息交互。30個(gè)SUs最初隨機(jī)分布在CR-BS周?chē)霃綖? 000 m的范圍內(nèi)。SUs移動(dòng)的概率為1/2，移動(dòng)速度均勻分布于[1，20]m/s之間，移動(dòng)方向同樣均勻分布于[0，2π)。當(dāng)一個(gè)SU運(yùn)動(dòng)到遠(yuǎn)離CR-BS超過(guò)1 000 m，且切換中斷或通信結(jié)束，則重新隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)新的SU，從而保證區(qū)域內(nèi)SUs數(shù)量保持不變。

在網(wǎng)絡(luò)中，PUs用戶(hù)出現(xiàn)服從泊松分布，SUs請(qǐng)求發(fā)起新連接也服從泊松分布，均值為λ。建立連接后的工作時(shí)間服從指數(shù)分布，均值為1/μ=60 s。信道可使用門(mén)限時(shí)間Tth=10 s。為了比較性能，將文獻(xiàn)[4]提出的單跳接入信道分配方法稱(chēng)為方案1，本文加入多跳切換后提出的信道分配方法稱(chēng)為方案2。

5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

引入多跳信道切換后，需要切換的次數(shù)與成功切換的次數(shù)將決定切換阻塞概率。設(shè)置λPU=λSU=0.2。根據(jù)圖3可以發(fā)現(xiàn)，在增加多跳切換后，方案2需要的信道切換次數(shù)要多于方案1，這是由于采用多跳切換后，路徑中的中間節(jié)點(diǎn)移動(dòng)和PUs的出現(xiàn)將導(dǎo)致重新路由。但是，相對(duì)于方案1，方案2中成功切換的次數(shù)要明顯多于方案1中成功切換的次數(shù)。這是因?yàn)樵诜桨?中，若沒(méi)有合適的信道進(jìn)行單跳切換，則切換失敗，所以，在方案2中，已經(jīng)建立連接的業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量將能得到更好的保證。

圖3 需要切換和成功切換次數(shù)的比較

正是由于多跳切換，單跳切換不成功的連接將通過(guò)多跳路徑得以保持，因此本文提出的方案2的信道切換阻塞概率要低于方案1，如圖4所示。

CR技術(shù)的最終目的是提高頻譜利用率，由于使用了多跳切換，當(dāng)用戶(hù)移動(dòng)到超出正在使用的信道覆蓋范圍，而沒(méi)有更大覆蓋范圍的空閑信道使用時(shí)，通過(guò)多跳路由到CR-BS，則空閑的其他覆蓋范圍小的信道可以被使用，這樣就能夠提高信道利用率。因此，方案2比方案1具有更高的信道利用率，如圖5所示。

圖5 信道利用率

對(duì)于單跳接入，路徑只由一條SU到CR-BS的鏈路組成。圖6顯示了路徑平均使用時(shí)間，當(dāng)采用多跳接入后，方案2中的單跳接入路徑平均時(shí)間要高于方案1，方案2中的多跳路徑平均時(shí)間比單跳路徑平均時(shí)間短，這是由于多跳路徑由多條鏈路組成，這樣更容易受到節(jié)點(diǎn)移動(dòng)和PUs出現(xiàn)的影響。但是，由于設(shè)置了時(shí)間門(mén)限Tth，所以建立的多跳路徑平均時(shí)間不至于太短，從而引發(fā)更加頻繁的切換。

圖6 平均路徑時(shí)間(λPU=0.1)

頻譜切換通常是由于PUs的出現(xiàn)以及SUs的移動(dòng)造成的，以往，二者對(duì)分配信道的使用時(shí)間的影響還沒(méi)有進(jìn)行過(guò)對(duì)比研究。在此，為了對(duì)比這方面的性能，針對(duì)方案1假設(shè)兩種仿真情形：第一種，λPU變化，而SUs的移動(dòng)速度都相同且固定不變；第二種，假設(shè)λPU固定不變，而SUs的速度發(fā)生變化。從圖7可以得知，當(dāng)λPU從0.05增加到0.30，靜止SUs的鏈路平均可用時(shí)間比SUs速度為2 m/s時(shí)要長(zhǎng)。當(dāng)速度從1 m/s增加到11 m/s，λPU為0.05時(shí)的鏈路平均時(shí)間要比λPU為0.1時(shí)長(zhǎng)。這就表明，PUs中活動(dòng)的用戶(hù)越多，或SUs本身的速度越快，分配信道的使用時(shí)間則越短。另外，通過(guò)比較還可以發(fā)現(xiàn)，在一定程度和條件下，SUs的移動(dòng)對(duì)鏈路可使用時(shí)間的影響比PUs的活動(dòng)還要大些，這就需要在進(jìn)行頻譜共享分配時(shí)將SUs的速度考慮進(jìn)去。

圖7 PUs用戶(hù)活動(dòng)和SUs速度對(duì)鏈路平均可使用時(shí)間的影響比較

6 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)集中式控制CR網(wǎng)絡(luò)提出了一種多跳頻譜切換算法，網(wǎng)絡(luò)中不同類(lèi)型的頻譜具有不同的覆蓋范圍，而且認(rèn)知用戶(hù)能以不同的速度和方向移動(dòng)。建立了移動(dòng)模型來(lái)預(yù)測(cè)信道可用時(shí)間，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種基于時(shí)間預(yù)測(cè)的多跳路由算法，考慮了節(jié)點(diǎn)移動(dòng)對(duì)鏈路可使用時(shí)間的影響。仿真結(jié)果顯示，多跳切換方法比單跳切換方法具有更低的切換阻塞概率，同時(shí)信道利用率也得以提高。另外，通過(guò)進(jìn)一步的仿真研究發(fā)現(xiàn)，認(rèn)知用戶(hù)的移動(dòng)速度是另一個(gè)影響頻譜切換的重要因素。

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NING Guoqin,ZHANG Jing

Department of Information Technology,Central China Normal University,Wuhan 430079,China

In order to guarantee the quality of service for spectrum handoff,a multi-hop spectrum handoff algorithm is presented for the centralized cognitive radio networks,in which spectrum heterogeneity has been taken into account.A user mobile model is developed to predict the usage time of allocated channel,the different processing approaches are designed for different types of nodes in the routing path,and the cognitive radio base station selects the optimal path according to the predicted shortest path time and time stamp.Simulation results reveal that the proposed multi-hop routing algorithm can considerably decrease the handoff blocking probability,and the channel utilization is also enhanced.Moreover,further simulation results show that cognitive radio node’s mobility plays an important role in the channel available usage time.

cognitive radio;spectrum heterogeneity;spectrum handoff;multi-hop routing

針對(duì)集中控制認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，在考慮頻譜異構(gòu)特性的同時(shí)，為保證頻譜切換業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，提出了一種多跳頻譜切換算法。通過(guò)建立用戶(hù)移動(dòng)模型來(lái)預(yù)測(cè)分配信道的可使用時(shí)間；設(shè)計(jì)出路徑中不同類(lèi)型節(jié)點(diǎn)的路由處理方法；認(rèn)知基站根據(jù)預(yù)測(cè)最短路徑時(shí)間和路由請(qǐng)求包中的時(shí)間戳來(lái)選擇最優(yōu)路徑。仿真結(jié)果表明，提出的多跳頻譜切換算法能夠大大降低切換阻塞概率，提高信道利用率；用戶(hù)移動(dòng)對(duì)信道可使用時(shí)間有著顯著的影響。

認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電；頻譜異構(gòu)；頻譜切換；多跳路由

A

TN929

10.3778/j.issn.1002-8331.1110-0680

NING Guoqin,ZHANG Jing.Research on time prediction based multi-hop spectrum handoff algorithm.Computer Engineering and Applications,2013,49（13）：71-75.

湖北省自然科學(xué)基金（No.2011CDB164）；華中師范大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)資助項(xiàng)目（No.CCNU09A01007）。

寧國(guó)勤（1975—），男，博士，副教授，主要研究領(lǐng)域?yàn)檎J(rèn)知無(wú)線(xiàn)電關(guān)鍵技術(shù)，異構(gòu)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線(xiàn)資源管理技術(shù)；張靜（1976—），女，講師，主要研究領(lǐng)域?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，無(wú)線(xiàn)多媒體技術(shù)。E-mail：gqning@mail.ccnu.edu.cn

2011-11-08

2012-01-09

1002-8331（2013）13-0071-05

CNKI出版日期：2012-03-21http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2127.TP.20120321.1738.058.html