基于最大最小干扰的认知无线网络路由协议
基于认知无线电网络的TCP协议的改进方案
（ ０ ０ ０ 、ＫＪ０ ５ ７ ；重 庆 大 学 研 究 生 创 新 基 金 项 目 （０ ９４ Ａ０ １ ３６ ；重 庆 邮 电大 学 青 年 教 师 基 金 项 目 （ ０ ８２ ） ＫＪ ９ ５ ２ １０ １ ） ２ ０ ０ Ｂ１ ０ ０ ０ ） Ａ２ ０—８
作者简 介：徐 昌彪 （９２一 ，男 ，贵州思南人 ，博士，教授 ，研究 方向为计算 机网络技术、认知无线 电；王精华 （９ ６ ） １７ ） １８ 一 ，男 ，辽宁大石桥
一
种 跨 层 优 化 ＴＣ ｓｗｏ ｄ的 改进 算 法 ，称 为 ＴＣ － Ｒ。该 算 法 区分 网 络 拥 塞 导 致 的 超 时 和切 换 所 导 致 的 超 时 ， 同 时 针 Ｐ Ｗｅｔ ｏ ＰＣ
对 不 同 轻 度 拥 塞 进 行 不 同 的恢 复 策 略 。ｎ一 仿 真 结 果 表 明 ，Ｔ ＰＣ 可 以 减 少 Ｔ Ｐ 的 平 均 慢 启 动 次 数 ，吞 吐 量 比 传 统 的 ｓ２ Ｃ ＿Ｒ Ｃ
ｒ ｈ ｔｃｏ ｒ ｓ ａ ｅ ｐ ｉ ｚ ｄ ｔ ｅ ＴＣＰ Ｗ ｅ ｔ ｏ ｒ ｐ ｓ ｄ ｉ ｍｅ ｉ ｆｃ ｏ ｓ ｌｙ ｒ ｏ ｔ ｔ ｍｉｅ ｈ ｓ ｗｏ ｄ ｉ ｐ ｏ ｏ ｅ ，ｗｈ ｃ ａ ｌｄ ＴＣ Ｃ ｓ ｉｈ ｃ ｌ Ｐ－ Ｒ．Ｔｈ ｓａ ｇ ｒｔ ｍ ｉｔ ｇ ｉｈ ｈ ｖ ｒ ｅ ｉ ｌ ｏ ｉ ｈ ｄｓｉ ｕｓ ｓｔ ｅｏ ｅ — ｎ ｔ ｆ ｅ ｗｏ ｋ ｃ ｎ ｅ ｔ ｎ ａ ｄ ｓ ｔｈ ｎ ｉ Ｏ ｔ ｒ ｏ ｇ ｓ ｉ ｎ ｗｉ ｉ ｇ，ａ ｄ ｕ ｅ ｈ ｉ ｅ ｅ ｔｒ ｃ ｖ ｒ ｔａ ｅ ｙ ａ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｉ ｅ ｅ ｔ ｉ ｏ ｇ ｓｉ ｎ ｍｅ ｎ ｏ ｃ ｎ ｓ ｓ ｔ ｅｄ ｆ ｒ ｎ ｅ ｏ ｅ ｙ ｓ ｒ ｔ ｇ ｃ ｏ ｄｎ ｏ ｄ ｆ ｒ ｎ ｌ ｃ ｎ ｅ ｔ ．Ｕｓｎ ｆ ｆ ｍ ｄ ｏ ｉｇ
认知无线传感器网络分簇路由协议综述
2018年11月Journal on Communications November 2018 第39卷第11期通信学报V ol.39No.11认知无线传感器网络分簇路由协议综述王继红1，石文孝2（1. 东北电力大学电气工程学院，吉林吉林 132012；2. 吉林大学通信工程学院，吉林长春 130012）摘 要：路由协议能实现认知无线传感器网络（CRSN, cognitive radio sensor network）内部感知数据的有效汇聚传输，尤其是分簇路由协议能进一步降低路由选择的复杂度、提升网络可扩展性，对整体网络性能至关重要。
因此，针对CRSN分簇路由协议进行综述研究。
首先，在简要介绍CRSN分簇概念和优势的基础上，阐述CRSN分簇算法设计考虑的主要因素。
其次，探讨CRSN分簇路由协议设计面临的挑战及应遵循的基本设计原则。
再次，系统的分析和总结CRSN分簇路由协议的研究现状。
最后，指出CRSN分簇路由协议研究中亟待解决的问题及未来的研究方向。
关键词：认知无线传感器网络；分簇；路由协议；信道分配；跨层中图分类号：TP393文献标识码：Adoi: 10.11959/j.issn.1000−436x.2018244Survey on cluster-based routing protocols forcognitive radio sensor networksWANG Jihong1, SHI Wenxiao21. School of Electrical Engineering, Northeast Electric Power University, Jilin 132012, China2. College of Communication Engineering, Jilin University, Changchun 130012, ChinaAbstract: Routing protocols could achieve efficient convergecast transmission of sensed data in cognitive radio sensor network (CRSN), and it is of vital importance for the whole network performance. In particular, cluster-based routing protocols could further lower routing selection complexity and improve scalability. Therefore, an overview of clus-ter-based routing protocols for CRSN was provided. Firstly, after a brief introduction to the concept and advantages of clustering in CRSN, the major factors concerning clustering algorithm design were pointed out. Secondly, the challenges faced by routing protocol design in CRSN and basic design principles were explored. Thirdly, the previous work of clus-ter-based routing protocols for CRSN was systematically analyzed and summarized. Finally, issues that require urgent solutions and future research directions were suggested.Key words: cognitive radio sensor network, clustering, routing protocol, channel assignment, cross-layer1引言无线传感器网络（WSN, wireless sensor net-work）是由随机部署在监控区域内的大量传感器节点组成。
ZIGBEE
zigbee编辑Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。
根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。
这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。
其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。
主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。
简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。
1概述ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。
ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。
其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定。
ZigBee网络主要特点是低功耗、低成本、低速率、支持大量节点、支持多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。
ZigBee网络中设备的可分为协调器(Coordinator)、汇聚节点(Router)、传感器节点(EndDevice)等三种角色。
[1]才茂Zigbee 典型组网方式与此同时，中国物联网校企联盟认为：zigbee作为一种短距离无线通信技术，由于其网络可以便捷的为用户提供无线数据传输功能，因此在物联网领域具有非常强的可应用性。
2起源ZigBee译为"紫蜂"，它与蓝牙相类似。
是一种新兴的短距离无线通信技术，用于传感控制应用(Sensor and Control)。
由IEEE 802.15工作组中提出，并由其TG4工作组制定规范。
2001年8月，ZigBee Alliance成立。
2004年，ZigBee V1.0诞生。
它是Zigbee规范的第一个版本。
由于推出仓促，存在一些错误。
2006年，推出ZigBee 2006，比较完善。
2007年底，ZigBee PRO推出。
一种新颖的认知无线电组播路由协议
摘 要 ： 于认 知 无线 电（ Ｒ） 由 Ｃ 网络 具有 频谱 动 态 性、 频谱 差异性 以及频谱 多样性等特点， 传统的组 播 路 由 策略 已不 再 适合 于 Ｃ 网络 ， Ｒ组 播 路 由 Ｒ Ｃ 面临新 的挑战 。结合博弈论 知识 建立 了频谱分配 模 型并得 出了最优 的纳什 均衡 解 ， 详细介绍 了基 于 时 延 约 束 的 Ｃ 的 组播 路 由协 议 并 对其 进 行 了 Ｒ 分析 ， 最后指 出其进 一步的研 究方 向。 关键 词 ： 认知无线电 ， 组播路 由， 时延 ， 频谱分配
高效 地利用 。 组播 是在 网络 中实现一 点 到多点 ，多点 到多 点 的通 信 方式 ，使 用组播 可 以有 效减 轻源 点负 荷 和 网络 带宽 的
ｇ ａ ｏ ｔｆｒ Ｃ ａ ｙ ｍｏ ｅ Ｔ ｅ ｅ ｏｅ ｍｕ ｔ ａ ｔ Ｙ ｃ ｎ ｎ ｔ ｌ Ｒ ｎ ｒ ． ｈ ｒ ｆｒ ｌ ｃ ｓ ｉ ｆ ｏ ｉ
使用， 是一种高效的多点通信机制。 由于无线网络信道资
源 有 限和节 点 能力有 限 ， 且无 线发 送本 身具 有广播 特 性 ，
Ｋｅ ｏ ｄ ：Ｃ ｍｕｔ ａ ｔ ｕ ｎ ， ｅａ ， ｐ ｃｒ ｍ ｙＷ ｒ ｓ Ｒ， ｌｃ ｓ ｔ ｇ ｄ ｌｙ ｓ ｅ ｔ ｉ ｏ ｒ ｉ ｕ
ａ ｓｇｎ ｎｔ ｓ ｉ ｍｅ
组播就是一种适合的群组通信模式。
频 谱分 配 问题是 认 知 无 线 电领 域 研究 的热 点 问题 ，
网络中的组播节点在经过频谱交换过程后 ，网络的拓扑 结构会发生变化 ，因此在选路时需要将频谱分配问题考
国 家 自然 科 学基 金 资助 项 目（ ｏ ０ ７ ０ ４ 国 家“ ６ ” 划 资助 项 目 Ｎ ． ７３７ ） ６ ８３ 计
基于无线Mesh网络的干扰感知型路由判据
比较明显 ： １ 带宽测算开销较大。（ ） （） ２ 在多信道 、 多 射频无线 网络 中， 即使多信道的使用能提高网络性能， 却 只 使 用 一 个 信 道 发 送 数 据 。另 外 ， 些 针 对 Ｅ Ｘ， 一 Ｔ ＥＴ 的改进判据 ， ，＇ Ｉ Ｉ 比如 ｍ Ｔ 、 Ｎ 等 ， Ｅ Ｘ Ｅ Ｔ３ 改进也 比较有
关键词
无 线 Ｍｅｈ 网络 ；干 扰 感 知 ；路 由判 据 ｓ
中图分类号
Ｔ ９６ Ｎ ２
文献标识码
Ａ
文章编 号
１０ ０ ７—７２ （０ ２ １ ０ ７— ４ ８ ０ ２ １ ）０— ９ ０
Ｉ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ａ ｒ ｕ ｉ ｅ ｒｃ ｓ ｄ ｏ ｈ ｉｅ ｅ ｓ Ｍ ｅ ｈ ｔ ｒ ｎｔ ｒ ｅ ｅ ｃ — ｗａ ｅ Ｒｏ ｔｎｇ Ｍ ｔ ｉ ｓＢａ ｅ ｎ ｔ ｅ Ｗ ｒ ｌ ｓ ｓ Ｎｅ ｗｏ ｋ
Ｆ Ｎ ａ ａ ，Ｌ ｕ ｎ ｈ ｎ Ａ Ｇ Ｈｕｊ ｎ ｆ Ｇ ａ ｇ ｏ ｇ ｉ ｉ
（ ｃｏｌ ｆ ｏ ｐ ｔ ｃ ｎｅ ｉ ｕ ｎＵ ｉ ｒｔ，Ｃ ｅ ｇｕ６０ ６ ，Ｃ ｉａ Ｓｈ ｏ ｏ ｍ ｕｅ Ｓｉ ｃ ，Ｓ ｈ ａ ｎｖ ｓｙ ｈ ｎｄ １０ ４ ｈｎ ） Ｃ ｒ ｅ ｃ ｅｉ
了路 由上 每条 链 路 的丢 包 率 和 路 由长 度 ， 它 却 没有 但 考虑 到 ８ ２ １ 各 种标 准 中接 口发送 速 率 的差 异 问题 。 ０ ． １ 针 对 Ｅ Ｘ存 在 的不 足 ，１＇ 提 出在 一 定 程 度 上 提 Ｔ Ｅ Ｔ｜ 的 Ｉ２ 高 了网络 性能 ， 因为 它 在 选 择 路 由时考 虑 了链 路 的 传 输速 率 ， 能够 刻 画整 条路 由的时延 大小 ， 其缺 点 也 故 但
无线 Ｍ ｓ ｅｈ网络是 一 种特殊 的 Ａ ｈ ｃ网络 ， ｄｏ 其基本 结构 如 图 １所示 。
IEEE 802.11、802.15、802.16、802.20标准简介
IEEE 802.11b标准
1999年9月被正式批准，又称Wi-Fi标准，目前最流行的 WLAN协议。该标准规定无线局域网工作频段在 2.4GHz~2.4835GHz，数据传输速率达到11 Mbps。该标 准是对IEEE 802.11的一个补充，采用点对点模式和基本 模式两种运作模式，在数据传输速率方面可以根据实际情 况在11 Mbps、5.5 Mbps、2 Mbps、1 Mbps的不同速率 间自动切换，而且在2 Mbps、1 Mbps速率时与802.11兼 容。
IEEE 802.16系列标准简介
802.16标准简介
IEEE 802.16：宽带无线 MAN 标准 －WiMAX （ Broadband Wireless MAN Standard - WiMAX）
IEEE 802.16 是为用户站点和核心网络（如：公共电话 网和 Internet）间提供通信路径而定义的无线服务。无 线 MAN 技术也称之为 WiMAX。这种无线宽带访问标 准解决了城域网中“最后一英里”问题
802.11b使用直接序列（Direct Sequence）DSSS作为协 议。802.11b和工作在5GHz频率上的802.11a标准不兼容。 由于价格低廉，802.11b产品已经被广泛地投入市场，并 在许多实际工作场所运行。
IEEE 802.11g标准
2001年11月批准，该标准可以视作对流行的 802.11b标准的提速（速度从802.11b的11 Mb/s提高到54Mb/s，仍然工作在2.4G频段）。 802.11g接入点支持802.11b和802.11g客户设 备。同样，采用802.11g网卡的笔记本电脑也能 访问现有的802.11b接入点和新的802.11g接入 点。
IEEE_802.11无线协议中文
5350 [MHz]
中央频率 =5000 + 5*信道号 [MHz]
149 153 157 161 信道
8 + 4 个非重叠信道
5725 5745 5765 5785 5805 5825 [MHz] 16.6 MHz
15
OFDM的基本原理
子载波之间正交
子载波频率间隔紧密 每个子载波的功率谱密度的尖峰发生在其他子载波功率的零点. 子载波间隔 (∆f) 等于1/Ts (符号传输周期) 例如 802.11a
天花板反射可用于整个房间的覆盖范围
不能穿越墙壁
更容易确保安全防止窃听 不同的房间之间干扰极少
室内环境将遭受红外背景辐射
阳光和室内光 一个红外接收器周围的辐射如噪声般出现A 需要高功率发射器
受限于关系到人眼的安全和过度的电力消耗
有限的范围
11
IEEE 802.11b
扩展的 802.11 DSSS
子载波之间正交
子载波频率间隔紧密
频率选择性衰减
弱子载波上的强衰减通过贯穿子载波的前向纠错(回旋编码)来处理 Coded OFDM编码正交频分复用
17
IEEE 802.11a中的OFDM
带 52个已用子载波的OFDM 48 个数据+ 4 个引导 (加上12个虚拟子载波) 312.5 kHz 间隔 (= 20MHz/64)
基本服务组 (BSS)
STA1
BSS1 入口 访问点 分布式系统
访问点
入口
ESS BSS2
访问点
分布式系统
MiWi网络
MiWi网络：物联网技术的新潮流随着物联网技术的迅猛发展，越来越多的人开始关注。
那么，什么是？为什么会越来越受到人们的关注？在本文中，我们将会谈论的概念、特点和应用场景。
一、的概念是一种低功耗、低数据速率、短距离无线个人局域网（WPAN）网络协议，适用于基于IEEE802.15.4协议的无线传感器网络（WSN）。
MiWi协议由美国微芯科技公司开发，可以用于建立基于小功率无线电（LR-WPAN）技术的数据链路，并且支持对于可靠和低功耗的通信要求。
在集群与星型拓扑结构下均能实现快速组网，安全通信，同时也支持多跳路由。
二、的特点1. 低功耗是一种低功耗的无线网络，可以运行于1.8至3.6伏的低电压电池上，因此很适合于对电量有很高要求的无线传感器网络（WSN）应用。
传统的无线通信方式需要更高的功率以覆盖更大的范围，但是不同，因为它仅需使用低功率、低频传输。
2. 高效性的通信方式具有高效性，其通信速率可以达到250 kbps。
此外，其快速小小分组（FSP）特点能够使得通信过程更加高效。
3. 多跳路由通过使用多跳路由技术，可以扩展到更大的网络范围。
与其他类似技术相比，它具有更好的可扩展性和灵活性。
这意味着可以为更多的设备提供互联互通的服务，这对于物联网的发展很有益处。
4. 易用性提供了非常简单的API接口和开发工具，可以帮助用户快速开发应用。
比如可以使用MiMicro开发工具对网络进行简单的配置和管理，从而简化了整个的开发过程。
三、的应用场景1. 智能家居可以用于智能家居应用。
在智能家居中，家电设备可以使用MiWi控制器连接到互联网，然后通过开启/关闭等基本功能进行控制。
另外，能够实现更高档次的智能家居体验，例如家庭安全控制、环境检测等。
2. 工业自动化可以用于工业自动化领域。
例如，工业自动化生产线中，可以使用MiWi技术来监控和控制机器人的运行状态，在需要时对机器人进行调整和故障排除。
3. 医疗MiWi技术在医疗领域有广泛的应用。
802154协议
802.15.4协议802.15.4是一种低功耗无线个人局域网（WPAN）协议，由IEEE（国际电气电子工程师协会）制定。
该协议为低功耗设备之间提供了一种简单、低成本的通信解决方案，适用于各种物联网（IoT）应用。
协议概述802.15.4协议定义了物理层和媒体访问控制（MAC）层规范，用于在低功耗、低速率的无线网络中实现设备之间的通信。
该协议支持多种网络拓扑结构，如星型、树型和网状网络。
物理层规范802.15.4协议使用ISM频段（Industrial, Scientific and Medical，工业、科学和医疗频段），包括2.4GHz频段和868/915MHz频段。
其中2.4GHz频段是最常用的频段，具有全球范围内的可用性。
协议支持多种调制方式和数据速率，例如O-QPSK调制和250kbps的数据速率。
MAC层规范802.15.4协议的MAC层规范定义了一套用于媒体访问控制和网络管理的协议。
MAC层使用了CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，载波监听多点接入/冲突避免）机制来实现多节点之间的无冲突数据传输。
协议规定了两种不同的MAC层工作模式：非信标模式和信标模式。
非信标模式中，节点可以根据需要自由发送和接收数据；信标模式中，网络中存在一个信标节点，用于同步和调度其他节点的通信。
网络拓扑结构802.15.4协议支持多种网络拓扑结构，以满足不同应用场景的需求。
1.星型网络：所有节点直接连接到一个中心节点，中心节点负责网络的管理和调度。
2.树型网络：节点之间以层级结构组织，根节点负责网络管理，并通过中间节点转发数据。
3.网状网络：节点之间可以直接通信，没有中心节点，数据可以通过多个路径传输。
适用场景802.15.4协议在物联网应用中具有广泛的应用前景。
1.家庭自动化：通过无线传感器和执行器，实现家庭设备的智能控制，如灯光、温度、安防等。
wsn路由协议的分类
wsn路由协议的分类WSN（Wireless Sensor Network，无线传感器网络）是一种特定的无线网络，用于收集和传输环境数据。
在WSN中，多个传感器节点通过无线通信连接到一个中央节点，它们可以在自己的位置上收集环境信息。
WSN可以应用于环境监测、智能家居、工业控制等领域，它们的设计和部署需要考虑多种因素，包括能源消耗、网络传输协议、节点容量等。
在WSN中，路由协议是非常重要的组成部分。
它定义了网络中如何传输数据、如何路由数据和如何维护网络拓扑结构等问题。
下面我们来介绍WSN路由协议的分类。
一、层次路由协议层次路由协议是WSN中最常见的路由协议之一。
它将网络分为多个层次，每个层次由一组节点组成。
每层节点负责收集邻居节点的信息，将信息传递给上一层的节点。
最终将数据从最底层节点传递到中央节点。
层次路由协议具有灵活性和可扩展性，它可以适应大规模、复杂的WSN应用。
除此之外，由于每个节点只需要跟它的邻居节点通信，因此能源消耗比较低，寿命也比较长。
二、平面路由协议平面路由协议是一种比较简单的路由协议，它将所有节点都放在同一平面中。
平面路由协议将网络分为多个区域，每个区域由若干个节点组成。
在网络中，每个节点都有自己的地址，并且知道其周围节点的位置。
平面路由协议的特点是路由路径较短，能够降低网络延迟和能耗。
然而，平面路由协议缺乏对网络拓扑的全局视图，因此可能会导致路由路径不稳定或重复。
三、基于协同过滤的路由协议基于协同过滤的路由协议是一种新型的WSN路由协议。
它主要利用节点之间相似性来建立路由路径。
通过比较节点之间的通信频率和数据传输量，努力找到稳定的、可靠的节点组合。
基于协同过滤的路由协议能够最大程度地减少网络延迟和路由路径的复杂性，同时也能够有效降低能源消耗。
四、地理路由协议地理路由协议是一种基于节点位置的路由协议。
地理路由协议通常是基于两个节点之间的距离来定义路由路径。
具体来说，它使用节点GPS坐标或距离测量来确定节点之间的位置。
认知无线Ad-hoc网络中的按需路由协议
第36卷第6期2016年11月大庆师范学院学报JOURNAL OF DAQING NORMAL UNIVERSITYVol. 36 No. 6November, 2016DOI 10.13356/ki.jdnu.2095-0063. 2016. 06. 008认知无线Ad-hoc网络中的按需路由协议郭飞燕，成艳真(济源职业技术学院，河南济源459000)摘要:认知无线A d-hoc网络（CRAHN)近年来受到了广泛的研究，相应的路由协议也随之被提出。
在这些协议中按需路由被认为是最具优势的。
这主要是由于对AODV路由协议和DSR路由协议的适当改进可以很好的适应CRAHN网络。
对一些基于AODV,DSR以及混合型的CRAHN按需路由的改进协议进行了总结，阐述了协议设计的基本原则，对比了不同协议之间的特点和性能。
对其优缺点进行了总结和讨论,并分析了未来的研究难点。
关键词:认知A d-hoc网络;按需路由；路由协议;AODV;DSR作者简介:郭飞燕（1981-),女，河南省济源市人，讲师，从事网络与信息安全方向研究。
基金项目：河南省科技厅基础与前沿技术研究计划项目（42300410391)。
中图分类号:TN92文献标识码:A文章编号=2095-0063(2016)06-0028-05收稿日期:2016-09-050引言认知无线电技术可以自适应的利用无线频谱。
它引入了一个不同的物理层概念，并影响到了整个上 层协议。
尽管面临着研究挑战，认知无线电技术的研究近年来十分流行。
主要原因在于它为次用户 (sus)提供了使用和共享授权频谱的机会，并支持授权用户的传输优先权。
因此，认知无线电在提高频谱 利用率方面十分有效。
如果采用固定频带使用方式下的通信协议，那么动态的频谱利用方式将不能适应，协议性能会大大降低。
因此，需要设计新的协议以适应认知无线电网络环境。
目前，许多学者提出了新的 认知无线电网络路由协议，由于认知环境的独特性，研究者从改进现有路由协议到直接设计新路由协议等 不同角度分别进行了研究，以寻求最适合认知无线电网络的路由协议。
认知无线电路由信道选择研究
前沿技术D I G I TAL COMMUN I C AT I O N /2010 8认知无线电路由信道选择研究覃凤谢 杜 杨 张 欣重庆邮电大学无线信息网络研究中心 重庆400065收稿日期:2009 11 110 引 言随着无线电与移动通信的快速发展,频谱资源变得越来越紧缺,为了提高频谱资源的利用率,2003年FCC 报告[1]提出了认知无线电的概念,致力于解决频谱稀缺的问题。
在认知无线电网络里,频谱随着时间、空间是动态变化的,当前更多的研究集中于物理层和MAC (m ed i u m access c w ntr o l)层[2-3],而对路由层的研究还很少。
仅仅考虑物理层和MAC 层并不能得到最佳的性能,只有在最优化物理层和MAC 层的基础上,同时考虑路由层,才能得到更好的性能指标,所以认知无线电路由算法将是认知无线电网络的一个重要研究课题。
1 认知无线电路由机制在过去几年中,认知无线电路由协议受到越来越多的关注,在文献[4]中,提出了多信道路由协议(mu lti channel routi n g protoco,l M CRP),它是一种按需路由协议,和(ad hoc on de m and distanre vector routing ,AODV )[5]有很多相似之处。
它试图将不同的信道分配给不同的数据流,从而允许一个区域内的传输同时发生,以此来提高网络性能,即使在最坏情况下,也能找到一条路到达目的节点,但路由效果不是很好。
真正具有代表性的路由跨层设计从文献[6]开始,提出了一个全新的分析认知无线电路由的分层图模型,用分层图来模拟SOPs(spec tr um opport u nities),完成接口分配并计算路由,最大化网络容量和最小化邻居节点之间的干扰。
基于分层图,给出一个算法将路由计算和接口分配结合起来,从而完成路由的选择与信道的分配。
除此之外,在文献[7]中,提出了多频带认知无线电路由协议,采用类似于AODV 的方式,在源节点的RREQs (route requests)头部加上一个I D 号,在所有的信道上广播,从而分不同的路、不同的信道到达目的节点,目的节点在收到RRE Q s 后向源节点发送一个RREPs (route replys),同样在其头部加上与RRE Q s 相同的I D 号,沿反向路由返回源节点;源节点收到RREPs 后检测RREPs I D ,为每一个I D 生成路由表,最大的I D 被定义为表I D ,如果RREPs I D 大于表I D ,路由表根据RREPs 信息生成,如果RREPs I D 等于最大信道数M ,则最终路由表已经生成,同时所有路由建立,数据从I D 最小的路开始传输,直到传输成功为止,但这样开销很大,时延也很大,不适合于那些带宽要求很大的用户[8]。
Ad_Hoc网络路由技术浅析
Ad Hoc网络路由技术浅析作者：盛敏田野李建东未来移动通信网络除了以低成本达到高数据率外，还要求网络组网灵活，具有适应性和生存能力。
无线自组织网络(Ad hoc)[1-4]是一种没有预定的基础设施支撑的自组织可重构的多跳无线网络，可以作为蜂窝移动网络的有效加强。
因此，移动自组织网络将因其灵活性而在未来移动通信网络中扮演重要作用。
1 AdHoc网络路由协议Ad hoc网络中，由于通信半径的限制，网络节点之间是通过多跳数据转发机制进行数据交互的，需要路由协议完成分组转发决策。
与传统路由协议相比，Ad hoc路由协议的设计面临着网络拓扑动态变化、带宽受限、信道容量变化、移动终端有限的可用资源等新的问题和挑战。
早在1996年，因特网工程任务组(IETF)就成立了移动Ad hoc网络工作小组(MANET WG)，其核心任务就是研究无线自组织网络环境下基于IP协议的路由协议规范和接口设计。
IETF RFC2501详细给出了无线Ad hoc网络的应用场合、特征和性能要求。
目前，MANET WG已经公布了一系列的有关Ad hoc路由的草案，如动态源路由算法(DSR)、基于反向路径转发的拓扑分发协议(TBRPF)、优化链路状态路由算法(OLSR)、按需距离矢量路由算法(AODV)、临时按序路由算法(TORA)、区域路由算法(ZRP)；此外，研究还提出了许多Ad hoc路由协议，如目的序列距离矢量路由算法(DSDV)、无线路由协议(WRP)、陆标路由协议(LANMAR)、位置辅助路由(LAR)、鱼眼状态路由算法(FSR)。
这些路由协议根据所采用的基本路由机制的不同，可分为基于链路状态的路由协议、基于距离矢量的路由协议、源路由协议及反向链路协议；按照网络逻辑结构的不同，可分为平面结构的路由协议和分层结构的路由协议；按照路由发现策略的不同，可分为表驱动路由协议、按需路由协议以及混合路由协议。
2 大规模AdHoc网络中的路由技术Ad hoc网络规模性[5]的研究可以广义地定义为：研究当网络中有大量节点存在时，网络能否为分组提供可以接受的服务，它与网络大小、节点分布的密度、运行的环境(传播模型、地型环境等)及移动性相关。
基于最小费用最大流的MANET网络路由能量控制模型
、 ， ． 江 工业 大学 信 息 学 院 ， 州 ３ ０ ３ ； １浙 杭 １０ ２
＼． ２ 浙江省光纤通 信技 术重点研究实验室 ， 杭州 ３０３』 １０２ 摘 要 ： Ａ Ｅ Ｍ Ｎ Ｔ是当前 无线 网络研究 的热 点领域 ， 网络层核心 技术 的路 由协议 显得尤 为重要。控制节 点能量 、 作为 提高 网
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Zigbee无线通信技术
Zigbee无线通信技术摘要：ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。
根据国际标准规定，ZigBee 技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。
这一名称（又称紫蜂协议）来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飞翔和“嗡嗡”（zig）地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。
其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。
主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。
简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。
ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。
ZigBee协议从下到上分别为物理层（PHY）、媒体访问控制层（MAC）、传输层（TL）、网络层（NWK）、应用层（APL）等。
其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE802.15.4标准的规定关键词：ZigBee技术特性标准协议应用系统引言ZigBee作为一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，有效弥补了低成本、低功耗和低速率无线通信市场的空缺，其成功的关键在于丰富而便捷的应用，而不是技术本身。
我们有理由相信在不远的将来，将有越来越多的内置式ZigBee功能的设备进入我们的生活，并将极大地改善我们的生活方式和体验。
一、Zigbee技术简介什么是Zigbee？Zigbee一词源自蜜蜂群在发现花粉位置时，通过跳ZigZag形舞蹈来告知同伴，达到交换信息的目的。
可以说是一种小的动物通过简捷的方式实现“无线”的沟通。
人们借此称呼一种专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术，亦包含此寓意。
ZigBee联盟成立于2001年8月，2002年下半年，英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司等四大公司加盟ZigBee联盟，这一事件成为ZigBee 技术的里程碑。
ZigBee协议
ZigBee协议协议名称：ZigBee协议协议背景：ZigBee是一种低功耗、短距离、低速率的无线通信协议，主要用于物联网设备之间的通信。
它基于IEEE 802.15.4标准，并由ZigBee联盟制定和管理。
ZigBee协议广泛应用于家庭自动化、智能能源管理、工业控制等领域。
协议目的：本协议旨在规范ZigBee协议的使用和实施，确保不同厂商生产的ZigBee设备之间能够互联互通，实现无缝的物联网通信。
协议内容：1. ZigBee网络拓扑结构1.1 网络类型：支持星型、网状和混合型网络结构。
1.2 网络节点：定义协调器、路由器和终端设备三种类型的节点，并规定它们的功能和特性。
1.3 网络层次：定义网络的层次结构，包括协调器级别、路由器级别和终端设备级别。
2. ZigBee协议栈2.1 物理层：定义ZigBee的物理层规范，包括频率、调制方式和传输速率等参数。
2.2 MAC层：定义ZigBee的媒体访问控制层规范，包括帧格式、帧类型和帧交互过程等。
2.3 网络层：定义ZigBee的网络层规范，包括路由选择算法、网络拓扑管理和地址分配等。
2.4 应用层：定义ZigBee的应用层规范，包括应用对象、应用框架和应用服务等。
3. ZigBee设备和服务3.1 设备标识：定义ZigBee设备的唯一标识符，包括设备类型、设备ID和设备描述等信息。
3.2 服务接口：定义ZigBee设备的服务接口规范，包括服务对象、服务操作和服务参数等。
3.3 设备发现：定义ZigBee设备之间的发现机制，包括主动发现和被动发现两种方式。
3.4 设备配置：定义ZigBee设备的配置过程，包括设备加入网络、设备离开网络和设备重置等。
4. ZigBee安全机制4.1 认证和加密：定义ZigBee设备之间的认证和加密机制，保护通信数据的机密性和完整性。
4.2 密钥管理：定义ZigBee设备的密钥管理规范，包括密钥生成、密钥分发和密钥更新等。
无线网络的路由协议解析
无线网络的路由协议解析无线网状网络是由Ad Hoc网络发展而来的一种多点对多点的无线网络，目前无线网状网络的路由协议都从很大程度上参考Ad Hocl~络的路由协议，其中经典型路由协议更是直接将Ad Hoc路由协议应用于无线网状网络环境。
对经典型无线网状网路由协议进行介绍，并对其中具有代表性的协议进行重点分析。
一、无线网状网的路由协议传统的路由协议是专为有线网络设计的，并不适用于无线网状网环境。
因为传统的路由协议不能够很好处理无线网状网环境中常见的拓扑结构和链接质的快速变化。
无线网状网络都有一些显著的特性，例如：高动态性，智能性，端对端最佳路径选择，多跳性，通常带宽有限和计算能力不足。
无线网状网络的高动态性的原因有两个：第一，路由器本身可能移动，并造成网络拓扑结构的快速变动。
第二，即使路由器本身不移动，由于干扰、地理和环境等因素，无线电链路的质量仍可能发生快速变化。
从以上这些特性可以知道，完备的无线网状网路由协议必须需要具备以下特点：①分布式操作；②快速收敛(适应更快的移动)；③可扩展性：④适用于大量的小型设备；⑤只占用有限的带宽和计算能力主动式操作(减少初始延迟)：⑥在选择路由时考虑无线电链路的质量和容量；⑦避免环路：⑧安全性。
由于无线网状网是由Ad Hoc 网络发展而来的无线网络。
Ad Hoc网络和无线网状网络之间具有一定的相似性，因此现有的主流无线网状网路由协议也是从Ad Hoc网络的路由协议发展而来的，主要包括三种类型的路由协--议：一种为先验式路由协议：一种为反应式路由协议；另外一种就是二者的混合，称为混合式路由协议。
二、先验式路由协议(一)简介先验式路由协议是一种基于表格的路由协议。
在这种协议中，每个节点维护一张或多张表格，这些表格包含到达网络中其它所有节点的路由信息。
当检测到网络拓扑结构发生变化时，节点在网络中发送路由更新信息。
收到更新信息的节点更新自己的表格，以维护一致的、及时的、准确的路由信息。
基于模糊控制的认知无线电路由选择策略
在认知无线 电网络 中 ， 个节点 能够准确 、 每 动态 地感知 可
用 的 空 闲 信 道 ， 成 频 谱 机 会 集 合 （ ｐｃ ｕ ｐｏｔｎｔ， 形 ｓｅｔ ｍ ｏｐｒ ｉ ｒ ｕ ｙ
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１ 认 知无 线路 由选择 的模 糊控 制方 法
本 文 提 出 用 模 糊 控 制 来 解 决 认 知 无 线 电 网络 路 由选 择 中
到的空闲信道进行数据传 输 ， 如果某条路 由路径 中的两个或者
收稿 日期：２ １ —８ ０ ；修 回日期 ：２ １ —９ ２ ００ ０ —３ ０ ００ —３
论 域 的归 一 化 变 换 公 式 为
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在认 知无 线电网络 中每个 节点都具 有感 知空 闲信 道 的能 力， 两个节点之 间可 以通过非授权信道或者是未 被 占用的授权 信道进行 数据流传 输 。在某 段时 间内分别用 用 和 表示 信道 ｋ被 占用时 间和信 道空 闲时 间 ， 可定 义信 道利用 率为 则 Ｐ ＝ ／ ＋ ） （ 。显然 ， 每条信道 的信道 利用率 各不 相同 。 认知节点选择利用率越低 的信道 进行 数据传输 ， 路径 的稳定度 越高 ， 进行路 由选择 的代 价越小 。反 之 ， 此节点在 数据 的传输 过程 中更容易被迫 中断 ， 并需 要进行 信道切 换 ， 不仅会 造成更
目 （Ｃ Ｔ ０ ９Ｂ ２ ５） Ｓ Ｃ２ ０ Ｂ２ ０
存在的问题 ， 与其他解决方案相 比， 该方法是一个新 的观点 。
基金项 目：国家 自然科 学基金 资助项 目（ Ｓ Ｃ ０ ７ ０ ８ ； Ｎ Ｔ ６ ８ ２ ３ ） 重庆 市 自然科学基金 资助项
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基于最大最小干扰的认知无线网络路由协议摘要：针对认知无线网络中次用户对主用户的干扰问题，提出了一种基于最大最小干扰的路由协议。
该协议通过对比不同路径对主用户的干扰温度，利用最大最小原则选择路由，能够实现在满足干扰温度限制的条件下，尽可能的充分频谱资源。
通过大量仿真验证，该文算法实现的设计目的。
关键词：无线网络；路由协议；干扰温度中图分类号：tp393 文献标识码：a 文章编号：1009-3044（2013）08-1773-02认知无线网络是今年来兴起的一种新型网络技术。
该类型网络以动态频谱环境作为基本的网络场景基础，以频谱感知[1-2]、动态频谱分配[3-4]等技术手段实现对频谱资源的动态获取、使用。
在该网络中，网络节点被分为主用户（pu，primary user）和次用户（su，secondary user）两类。
其中主用户对频谱资源的占用具有优先权，可以任意使用。
而次用户只能在主用户空闲或者不对主用户造成干扰的情况下共享使用频谱，前一种方式称为overlay，后一种方式称为underlay[5]。
认知无线网络技术主要研究次用户之间的传输、组网等问题。
目前，对认知无线网络的频谱感知（spectrum sensing）和动态频谱分配（dsa，dynamic spectrum allocation）技术研究较多，但相对应的组网问题研究较少。
该文聚焦在认知无线网络的路由技术上，一些已有的典型研究成果如下。
通过计算或预测主用户的活动规律，使用主用户活动较少的信道来进行路由选择，是认知无线网络路由技术研究中常见的思路。
如文献[6]提出了一种结合频谱调度的路由算法。
文章通过对所使用频谱资源进行分析，选择具有最小切换次数的频谱作为路由。
文献[7]通过分析主用户活动的繁忙程度，提出次用户路由应避开主用户活动频繁的区域，选择主用户活动较少的“边缘区域”。
文献[8]通过广播路由查找报文来搜集所有链路的链接状况和主用户活动情况，然后选择最佳的路由。
文献[9]在假设主用户活动满足经典on-off模型[10]的基础上，结合地理位置信息和频谱感知结果选择路由节点，能够较好地适应频谱的动态性。
本文针对underlay频谱共享模式，提出一种基于最大最小干扰温度余量的认知无线网络路由协议。
该协议使用最大最小干扰温度余量的原则选择路由，能够在保证对主用户的干扰不超过限制的条件下，有效利用频谱资源。
本文安排如下，第2节给出本文协议适用的网络场景及协议约束条件，第3节给出最大最小干扰温度余量的具体计算过程，以及述路由查找及更新的基本过程，第4节通过仿真验证协议的有效性，最后是全文总结。
1 网络场景本文考虑次用户以underlay方式共享主用户频谱资源，并以无线多跳方式进行组网的网络场景。
即首先要求次用户对主用户的干扰不能超过一定限制，其次限定没有任何形式的次用户中心节点。
2 基于最大最小干扰的路由协议2.1 最大最小干扰温度余量计算2.2路由建立及更新过程次用户节点在执行频谱分配[12-13]之后，都应记录下自身所选择信道的干扰温度余量，作为路由查找的基本指标。
本文采用被动路由的方式发起路由查找。
即仅在有数据发送时发起路由查找报文（rreq，routing request），rreq以广播方式传播。
当目的节点收到rreq，则以单播方式回复路由确认报文（rrep，routing reply）。
rrep包含发出节点的干扰温度余量。
当中间节点收到rreq，若此节点没有到源节点的路由表项，则建立到源节点的反向路由；若已经有相关路由表项，则先根据rreq中的序列号判断是否收到过该报文，若已收到过则直接丢弃，若没有收到过则根据该rreq携带的信息进行路由更新。
如果中间有关于目的节点的最新路由，则可以直接回复该rreq，以减少路由查找时间。
最佳的路由在包括目的节点在内的其他节点回复rrep后逐渐更新。
当以下三种条件任一满足时，进行路由更新：1）源节点收到不同rrep后，计算得到更大的路径干扰温度余量tl；2）源节点收到不同rrep后，tl不变，但具有更小的端到端跳数；3）特别的，中间节点变换信道后。
3 仿真验证4 结论认知无线网络中，次用户对频谱资源的使用受到方方面面的限制，其中最主要的限制之一即是对主用户干扰温度的限制。
该文针对这一问题，利用最大最小原则，制定基于最大最小干扰温度余量的路由协议。
该协议通过对比不同路径对主用户的干扰情况，选择总干扰温度适当接近干扰限制同时又有足够距离的路径作为最佳路由，从而实现了对主用户干扰限制的始终满足，同时又能够尽可能地利用频谱资源。
在干扰限制和资源利用之间取得了合理的折中。
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