郭飛燕，成艷真

(濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 濟(jì)源 459000)

認(rèn)知無(wú)線Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)中的按需路由協(xié)議

郭飛燕，成艷真

(濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 濟(jì)源 459000)

認(rèn)知無(wú)線Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)(CRAHN)近年來(lái)受到了廣泛的研究，相應(yīng)的路由協(xié)議也隨之被提出。在這些協(xié)議中按需路由被認(rèn)為是最具優(yōu)勢(shì)的。這主要是由于對(duì)AODV路由協(xié)議和DSR路由協(xié)議的適當(dāng)改進(jìn)可以很好的適應(yīng)CRAHN網(wǎng)絡(luò)。對(duì)一些基于AODV，DSR以及混合型的CRAHN按需路由的改進(jìn)協(xié)議進(jìn)行了總結(jié)，闡述了協(xié)議設(shè)計(jì)的基本原則，對(duì)比了不同協(xié)議之間的特點(diǎn)和性能。對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)和討論，并分析了未來(lái)的研究難點(diǎn)。

認(rèn)知Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)；按需路由；路由協(xié)議；AODV；DSR

0 引言

認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)可以自適應(yīng)的利用無(wú)線頻譜。它引入了一個(gè)不同的物理層概念，并影響到了整個(gè)上層協(xié)議。盡管面臨著研究挑戰(zhàn)，認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的研究近年來(lái)十分流行。主要原因在于它為次用戶(SUs)提供了使用和共享授權(quán)頻譜的機(jī)會(huì)，并支持授權(quán)用戶的傳輸優(yōu)先權(quán)。因此，認(rèn)知無(wú)線電在提高頻譜利用率方面十分有效。如果采用固定頻帶使用方式下的通信協(xié)議，那么動(dòng)態(tài)的頻譜利用方式將不能適應(yīng)，協(xié)議性能會(huì)大大降低。因此，需要設(shè)計(jì)新的協(xié)議以適應(yīng)認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。目前，許多學(xué)者提出了新的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，由于認(rèn)知環(huán)境的獨(dú)特性，研究者從改進(jìn)現(xiàn)有路由協(xié)議到直接設(shè)計(jì)新路由協(xié)議等不同角度分別進(jìn)行了研究，以尋求最適合認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議。

本文將認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的按需路由協(xié)議進(jìn)行了分類(lèi)和綜述，然后對(duì)研究挑戰(zhàn)和開(kāi)放問(wèn)題進(jìn)行了討論。文中參考的協(xié)議主要是基于Ad-hoc按需距離矢量協(xié)議(AODV)、動(dòng)態(tài)源路由協(xié)議(DSR)和混合按需路由而改進(jìn)的路由協(xié)議。由于CRAHNs網(wǎng)絡(luò)的特殊性，在路由協(xié)議設(shè)計(jì)的過(guò)程中會(huì)遇到一些特定的問(wèn)題。研究表明，設(shè)計(jì)完整可行的CRAHN網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議仍面臨著許多挑戰(zhàn)。

1 CRAHNs網(wǎng)絡(luò)中的路由分析

CRAHNs網(wǎng)絡(luò)不具備固定的基礎(chǔ)設(shè)施和中心控制實(shí)體，次用戶間必須通過(guò)合作來(lái)交換信息來(lái)獲取必要的環(huán)境信息。如圖1所示，CRAHNs網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議必須能夠同時(shí)滿足認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的要求和Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò)的要求。認(rèn)知無(wú)線電通信中次用戶首要考慮的問(wèn)題在于如何避免對(duì)授權(quán)用戶通信的干擾，因此必須尋找能夠同時(shí)滿足避免對(duì)授權(quán)用戶干擾且滿足次用戶端到端通信的路由。信道可用性信息從物理層的頻譜感知機(jī)制獲取或者從頻譜占用數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取，而頻譜信息是路由決策中的一個(gè)至關(guān)重要的部分，因此路由協(xié)議的設(shè)計(jì)需要與物理層應(yīng)該考慮跨層設(shè)計(jì)，因此“頻譜意識(shí)”[1]的概念被提出。

節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性使譜的利用不僅在時(shí)域而且在空域存在多樣性，對(duì)于移動(dòng)的次用戶，當(dāng)它移動(dòng)到另外的新位置時(shí)其頻譜可用性需要立即被檢測(cè)，對(duì)實(shí)時(shí)的頻譜感知結(jié)果進(jìn)行調(diào)整和適應(yīng)非常具有挑戰(zhàn)性。因此，設(shè)計(jì)CRAHNs路由時(shí)，頻譜的移動(dòng)性過(guò)程需要被合理的考慮。認(rèn)知Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)特點(diǎn)是自我配置，由于缺乏中心控制實(shí)體，所有的節(jié)點(diǎn)需要通過(guò)控制信道以分布式的方式對(duì)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)信息進(jìn)行交換，以使得它們可以對(duì)自己的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行自組織，并通過(guò)共享無(wú)線介質(zhì)，減小傳輸失敗的概率。

除了上述問(wèn)題，一些傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計(jì)要求也應(yīng)該被考慮。這些要求包括能量有效性、服務(wù)質(zhì)量(QoS)和安全性問(wèn)題。特別是在電池供電的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)中，能量有效性問(wèn)題尤為重要。使用按需路由機(jī)制是提高能量有效性的有效方式之一，按需路由協(xié)議只在有通信需求時(shí)建立路徑，從而減少能源消耗。同時(shí)有很多關(guān)于提高服務(wù)質(zhì)量和安全性的討論，可以由其它層的設(shè)計(jì)來(lái)保證。

圖1 CRAHNs網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議設(shè)計(jì)需求

2 基于傳統(tǒng)按需路由協(xié)議的改進(jìn)

在無(wú)線Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)中，AODV[2]協(xié)議和DSR[3]協(xié)議是兩個(gè)代表性的協(xié)議，它們都屬于按需路由協(xié)議。在AODV和DSR路由協(xié)議中，當(dāng)有數(shù)據(jù)通信需求時(shí)，源節(jié)點(diǎn)將會(huì)開(kāi)啟路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程，尋找到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由，路由發(fā)現(xiàn)由源節(jié)點(diǎn)廣播路由請(qǐng)求包(RREQ)開(kāi)始，中間節(jié)點(diǎn)對(duì)該數(shù)據(jù)包進(jìn)行中繼和傳播，目的節(jié)點(diǎn)或具有路由信息的中間節(jié)點(diǎn)通過(guò)單播回復(fù)路由回復(fù)(RREP)數(shù)據(jù)包給源節(jié)點(diǎn)，當(dāng)源節(jié)點(diǎn)接收到RREP后，路由被建立，進(jìn)入數(shù)據(jù)的發(fā)送階段。AODV協(xié)議的兩個(gè)主要特點(diǎn)是引入了正反向的路徑指針和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)/源節(jié)點(diǎn)的序列號(hào)。AODV使用節(jié)點(diǎn)序列號(hào)作為路徑更新指標(biāo)和環(huán)路避免措施。DSR路由協(xié)議的主要特點(diǎn)是RREQ和RREP數(shù)據(jù)包格式，作為源路由協(xié)議，源節(jié)點(diǎn)決定了到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的每一跳中間節(jié)點(diǎn)的完整序列。因此RREQ和RREP包包含了所有中間節(jié)點(diǎn)的地址。AODV不存儲(chǔ)任何路由條目但仍然能夠正常通信，而DSR協(xié)議維護(hù)路由緩存并使用現(xiàn)有的路由條目，直到該路由條目被標(biāo)記失效。

在移動(dòng)Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)(MANETs)中，按需式路由比主動(dòng)式路由有更少的網(wǎng)絡(luò)資源和能量消耗，因?yàn)橹鲃?dòng)式路由需要定期廣播控制信息并且存儲(chǔ)所有路由表中的路由信息。一般來(lái)說(shuō)，主動(dòng)路由更適合穩(wěn)定性更強(qiáng)的Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)，而按需路由則更適合動(dòng)態(tài)的Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)。由于CRAHNs網(wǎng)絡(luò)中授權(quán)用戶活動(dòng)的不可預(yù)測(cè)性使得它比MANETs網(wǎng)絡(luò)更為不穩(wěn)定。因此，按需路由比主動(dòng)式路由更加適合CRAHNs網(wǎng)絡(luò)。AODV和DSR都是標(biāo)準(zhǔn)化的MANETs網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議。它們能夠適應(yīng)Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)的特性包括自組織性、自配置性和移動(dòng)性，它們也都具有路由維護(hù)程序，可以用來(lái)應(yīng)對(duì)頻繁的鏈接變化。

2.1 基于AODV協(xié)議的改進(jìn)方案

將AODV協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)以適應(yīng)CRAHNs網(wǎng)絡(luò)的一種最簡(jiǎn)單的方式是設(shè)計(jì)新的包含頻譜意識(shí)性能的路由度量。這類(lèi)協(xié)議包括SORP[4]，DORP[5]和WHAT[6]路由協(xié)議。其中DORP協(xié)議是SORP的后續(xù)工作，它們都設(shè)計(jì)了累積時(shí)延度量，WHAT協(xié)議考慮到了路徑長(zhǎng)度，信道可用性，和信道切換頻率。在SORP和DORP協(xié)議中的累積時(shí)延引入了信道切換時(shí)延，切換時(shí)延指?jìng)鬏斝诺涝诓煌l帶之間進(jìn)行切所換造成的時(shí)延。另一時(shí)延因素是退避時(shí)延，這是由多條數(shù)據(jù)流在同一信道上相互干擾所造成的，累積時(shí)延是切換時(shí)延和退避時(shí)延的總和。DORP協(xié)議加入了排隊(duì)時(shí)延，排隊(duì)時(shí)延指其他數(shù)據(jù)流在該節(jié)點(diǎn)上傳輸所占用的時(shí)間。由于SORP和DORP對(duì)時(shí)延有著重的考慮，因此這兩個(gè)協(xié)議比較適合時(shí)延敏感性的網(wǎng)絡(luò)。WHAT協(xié)議認(rèn)為其可以獲得全局的路徑質(zhì)量，提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，然而WHAT協(xié)議在決定和路徑選擇時(shí)，需要設(shè)置一個(gè)可調(diào)的預(yù)定義參數(shù)，這種靜態(tài)的、預(yù)定義的可調(diào)參數(shù)可能會(huì)降低認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的學(xué)習(xí)能力。

不依賴新路由度量來(lái)提供頻譜意識(shí)的路由協(xié)議有：基于連通性的路由協(xié)議Gymkhana[7]，認(rèn)知的按需距離矢量路由協(xié)議(CAODV)[8]等。Gymkhana協(xié)議通過(guò)基于授權(quán)用戶信道利用情況和圖論以及數(shù)學(xué)的分析獲取網(wǎng)絡(luò)的連通性，它通過(guò)AODV的路由發(fā)現(xiàn)方式搜索所有可能路徑，然后目的節(jié)點(diǎn)通過(guò)對(duì)路徑跳數(shù)、授權(quán)用戶活動(dòng)情況、信道切換情況等選擇最優(yōu)路徑。CAODV協(xié)議通過(guò)路由間和路由內(nèi)的頻譜差異來(lái)利用頻譜的多樣性，路由之間的頻譜多樣性指：路徑不同但它們使用著相同的信道。路由內(nèi)的頻譜多樣性指：同一條路徑使用了不同的信道。CAODV引入了一個(gè)額外的控制分組，授權(quán)用戶路由出錯(cuò)數(shù)據(jù)包(PU-RERR)，它顯示了在特定信道上對(duì)授權(quán)用戶活動(dòng)的檢測(cè)結(jié)果。PU-RERR數(shù)據(jù)包在通過(guò)授權(quán)用戶活動(dòng)的信道上在本地進(jìn)行廣播，在數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)程中CAODV提供了一種適應(yīng)動(dòng)態(tài)頻譜可用性的方法。

路由協(xié)議則是針對(duì)具體問(wèn)題而提出的：比如MSCRP協(xié)議試圖解決“耳聾”問(wèn)題[9]、基于本地協(xié)作的路由協(xié)議[10]著重解決負(fù)載均衡問(wèn)題。MSCRP引入了節(jié)點(diǎn)狀態(tài)和“耳聾”約束條件，在該協(xié)議中每個(gè)節(jié)點(diǎn)必須處在三種狀態(tài)中的一種：?jiǎn)涡诺罓顟B(tài)，開(kāi)關(guān)狀態(tài)或非自由狀態(tài)。當(dāng)沒(méi)有數(shù)據(jù)流或者數(shù)據(jù)流只在本節(jié)點(diǎn)的所在信道上流動(dòng)時(shí)，節(jié)點(diǎn)處在單信道狀態(tài)；當(dāng)數(shù)據(jù)流分布在不同的信道上時(shí)，節(jié)點(diǎn)處在切換狀態(tài)；當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)的鄰節(jié)點(diǎn)是切換狀態(tài)節(jié)點(diǎn)時(shí)，那么該節(jié)點(diǎn)被認(rèn)為是非自由狀態(tài)。為節(jié)點(diǎn)設(shè)置狀態(tài)之后，“耳聾”約束被定義為兩個(gè)數(shù)據(jù)流中的鄰節(jié)點(diǎn)不能同時(shí)處在切換狀態(tài)。

基于本地協(xié)作的路由協(xié)議是SORP協(xié)議的后續(xù)工作，該協(xié)議采用本地節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)同交互的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，協(xié)議中當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)成為交互節(jié)點(diǎn)時(shí)，本地協(xié)調(diào)方案被調(diào)用，該方案允許交互節(jié)點(diǎn)通過(guò)對(duì)負(fù)載的計(jì)算來(lái)決定是否接入某數(shù)據(jù)流或者為該數(shù)據(jù)流進(jìn)行重新定向。如圖2：數(shù)據(jù)流2經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)1，數(shù)據(jù)流3經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)2，當(dāng)新的數(shù)據(jù)流1出現(xiàn)時(shí)，最初建立的路由節(jié)點(diǎn)1和2都作為其中間節(jié)點(diǎn)。這兩個(gè)交互節(jié)點(diǎn)執(zhí)行當(dāng)?shù)貐f(xié)調(diào)方案，為數(shù)據(jù)流選擇合適的重定向節(jié)點(diǎn)。協(xié)調(diào)的最終結(jié)果是節(jié)點(diǎn)1將數(shù)據(jù)流1重定向至其鄰接點(diǎn)3，節(jié)點(diǎn)2將數(shù)據(jù)流3重定向至其鄰接點(diǎn)4。

也有一些協(xié)議的設(shè)計(jì)思路是為路由協(xié)議提供保障，路由保障可以由路徑預(yù)訂或備份路徑所提供。頻譜意識(shí)路由協(xié)議(SREAR)[11]設(shè)計(jì)了一個(gè)信道預(yù)約算法，旨在提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。備份信道及合作信道切換(BCCCS)路由協(xié)議[12]設(shè)計(jì)了新的路由維護(hù)策略，提供了一個(gè)備份信道。SPEAR允許多個(gè)路徑向目的節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)，并通過(guò)添加少許的額外參數(shù)限制同一節(jié)點(diǎn)參與轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的路徑數(shù)目，在目的節(jié)點(diǎn)利用傳統(tǒng)的路由度量進(jìn)行路由選擇時(shí)，其在RREP中嵌入信道分配結(jié)果，并將其發(fā)送給源節(jié)點(diǎn)，在路徑中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)在其干擾范圍內(nèi)向鄰節(jié)點(diǎn)傳遞特定的信道預(yù)留信息來(lái)運(yùn)行路由建立和信道預(yù)留算法。

在BCCCS協(xié)議中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)一個(gè)可用頻道和一個(gè)優(yōu)先級(jí)列表并定期更新它們。BCCCS路由協(xié)議中包括了信道請(qǐng)求(CREQ)、信道回復(fù)(CREP)、信道信息(CINFO)控制數(shù)據(jù)包。CREQ的作用類(lèi)似于AODV的RREQ數(shù)據(jù)包，其添加了認(rèn)知標(biāo)識(shí)符(CRID)：包括源節(jié)點(diǎn)信息和信道計(jì)數(shù)。CREP類(lèi)似于AODV的RREP數(shù)據(jù)包，它也添加了CRID：包含源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)、鏈路度量和優(yōu)先信道列表。信道信息被定期的發(fā)送給鄰節(jié)點(diǎn)用來(lái)更新信道可用列表和信道優(yōu)先權(quán)。在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，目的節(jié)點(diǎn)參考信道計(jì)數(shù)結(jié)果選擇最少被用到的信道。當(dāng)這條路徑被中斷后，節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)單的切換到第二個(gè)優(yōu)先信道并更新下一個(gè)備用信道。

圖2 本地協(xié)作路由中的負(fù)載均衡機(jī)制

2.2 基于DSR協(xié)議及混合型協(xié)議的改進(jìn)方案

兩個(gè)相關(guān)性較強(qiáng)的協(xié)議研究了間歇性連接的問(wèn)題，它們分別是anti-intermittence(AiSorp)源路由協(xié)議[13]和具有頻譜意識(shí)的anti-intermittence路由協(xié)議[14]。AiSorp結(jié)合了DSR協(xié)議的路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程和AODV協(xié)議的路由回復(fù)過(guò)程。在路由發(fā)現(xiàn)階段，當(dāng)路由請(qǐng)求到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)時(shí)，目的節(jié)點(diǎn)停止數(shù)據(jù)傳輸并計(jì)算相應(yīng)的路徑度量。路徑度量考慮了授權(quán)用戶的信道利用情況、鏈路權(quán)重和兩個(gè)預(yù)定義的參數(shù)。在路由維護(hù)中，當(dāng)路徑失效時(shí)受影響的節(jié)點(diǎn)并不會(huì)立即發(fā)送一個(gè)路由錯(cuò)誤(CR3ER)數(shù)據(jù)包給源節(jié)點(diǎn)，而是等待一段時(shí)間，在這段時(shí)間結(jié)束之前，如果節(jié)點(diǎn)仍然無(wú)法傳輸數(shù)據(jù)，再進(jìn)行路由的維護(hù)，發(fā)送路由錯(cuò)誤(CR3ER)數(shù)據(jù)包給源節(jié)點(diǎn)。

同樣，具有頻譜意識(shí)的anti-intermittence路由協(xié)議也主要針對(duì)間歇性連接問(wèn)題并且有著和AiSorp協(xié)議相似的流程。它們的區(qū)別在于，具有頻譜意識(shí)的anti-intermittence路由協(xié)議所設(shè)計(jì)的路由度量通過(guò)對(duì)信道空閑時(shí)間、數(shù)據(jù)流之間的干擾以及三個(gè)權(quán)重參數(shù)的考慮以最大化路由持續(xù)時(shí)間為目的。在路由維護(hù)中，當(dāng)信道失效時(shí)，路由錯(cuò)誤數(shù)據(jù)包將發(fā)送至目的節(jié)點(diǎn)而非源節(jié)點(diǎn)，目的節(jié)點(diǎn)會(huì)重新收集所有鏈路信息。如果仍然有路徑存在，目的節(jié)點(diǎn)將會(huì)進(jìn)行信道選擇，為整條路徑選擇信道，否則就重新發(fā)起路由。

基于頻譜樹(shù)的路由協(xié)議(STOD-RP)[15]是一個(gè)混合式的改進(jìn)路由協(xié)議，它結(jié)合了基于樹(shù)的主動(dòng)式路由和AODV路由協(xié)議的路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程。STOD-RP引入了一個(gè)新的路由度量，稱為通話時(shí)間成本，用來(lái)評(píng)估一個(gè)鏈接的資源消耗。通話時(shí)間成本考慮了信道訪問(wèn)開(kāi)銷(xiāo)、協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)和數(shù)據(jù)包大小來(lái)量化鏈路效率和數(shù)據(jù)包的出錯(cuò)率。信道可用時(shí)間的估計(jì)被作為鏈路穩(wěn)定性的一個(gè)估計(jì)，一個(gè)累計(jì)的認(rèn)知路由成本被定義為時(shí)間總成本加上總的信道切換時(shí)延。在STOD-RP協(xié)議中，處在不同可用信道的次用戶形成一棵樹(shù)，稱之為頻譜樹(shù)，每個(gè)頻譜樹(shù)都有一個(gè)根。某些節(jié)點(diǎn)可能屬于多個(gè)頻譜樹(shù)，被稱為重疊節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。重疊節(jié)點(diǎn)配置了頻譜敏捷型的無(wú)線裝置，同時(shí)工作在多個(gè)頻譜樹(shù)當(dāng)中。每個(gè)節(jié)點(diǎn)在其所在的頻譜樹(shù)中擁有其獨(dú)特CRID。因此，重疊節(jié)點(diǎn)工作在多頻段中有多個(gè)CRID，通過(guò)這種方式，CRID指示了通往根節(jié)點(diǎn)的主動(dòng)路由。

3 目前研究存在的問(wèn)題和挑戰(zhàn)

3.1 路由度量

在認(rèn)知無(wú)線電環(huán)境中，路由協(xié)議需要保證次用戶之間的通信不能干擾授權(quán)用戶的活動(dòng)。因此，路由機(jī)制需要從物理層獲取信道分配信息以便節(jié)點(diǎn)可以按照被分配的路徑和信道進(jìn)行通信。一個(gè)簡(jiǎn)單而可行的方法是采用頻譜信息相關(guān)的路由度量，例如：授權(quán)用戶出現(xiàn)概率、授權(quán)用戶占用期限、干擾等級(jí)等。

一些研究所涉及的路由度量考慮了授權(quán)用戶的頻譜占用時(shí)間。然而，這種方法只適用于授權(quán)用戶對(duì)頻譜的占用是以一種確定規(guī)律的方式的網(wǎng)絡(luò)，因此當(dāng)授權(quán)用戶活動(dòng)不可預(yù)測(cè)時(shí)這種方式將不再適用。另一種比較符合實(shí)際的路由度量是基于對(duì)授權(quán)用戶干擾情況的度量，通過(guò)設(shè)置監(jiān)控等級(jí)，次用戶可以獲取授權(quán)用戶對(duì)信道的所有占用情況和正在傳輸?shù)墓β实燃?jí)，從而在其數(shù)據(jù)傳輸時(shí)避免對(duì)這些信道的使用。美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)提出的干擾溫度就是一種基于干擾的路由度量。

3.2 網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性

CRAHNs的異構(gòu)性不僅是由于頻譜的動(dòng)態(tài)性所造成的，也是由次用戶的重配置性造成的。不同次用戶之間的頻譜可用性大不相同，大部分的路由協(xié)議通過(guò)聯(lián)合信道和路徑選擇以及信道切換來(lái)解決頻譜異構(gòu)性問(wèn)題。如ARDC[16]協(xié)議采用圖論模型有效地解決了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳粩嘧兓膯?wèn)題，然而ARDC并沒(méi)有考慮次用戶的重新配置能力。當(dāng)正在使用的信道由于檢測(cè)到授權(quán)用戶的出現(xiàn)而被中斷時(shí)，該路由協(xié)議直接將通信重定向到一個(gè)空閑信道，而忽略了重新配置功能。次用戶的重新配置功能有很多，包括傳輸功率，調(diào)制方案，編碼率等都可以被重新配置，這些重配置選項(xiàng)可以結(jié)合到路由決策當(dāng)中去。如通過(guò)調(diào)整傳輸功率和調(diào)制方案，次用戶可以從表層通信轉(zhuǎn)換到底層通信，而不必切換到另一個(gè)頻道。通過(guò)考慮次用戶的重新配置，可以為路由策略提供了更多選擇。

3.3 能量消耗

在考慮由移動(dòng)節(jié)點(diǎn)所部署的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，節(jié)能是不可避免的話題，原因在于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通常是由電池驅(qū)動(dòng)的。在CRAHNs中節(jié)能是至關(guān)重要的，由于認(rèn)知節(jié)點(diǎn)較非認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)有更多的額外的任務(wù)需要完成。前面的討論中可看出由于新的路由度量，學(xué)習(xí)模型以及路由維護(hù)等要求CRAHNs網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議復(fù)雜性不可避免的會(huì)被提高。然而，最重要的是，所有路由協(xié)議都需要被簡(jiǎn)化從而減少能量損耗。為了延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命，對(duì)額外任務(wù)的能量損耗分析是十分有必要的。如將頻譜相關(guān)信息加入到路由控制數(shù)據(jù)包時(shí)(RREQ、RREP和RERR)會(huì)增加相應(yīng)的數(shù)據(jù)包大小，節(jié)點(diǎn)必須執(zhí)行額外的任務(wù)把頻譜相關(guān)信息發(fā)送出去，這些額外活動(dòng)都會(huì)增加能量消耗。因此，如果不能達(dá)到相應(yīng)的性能提升目的，額外的節(jié)點(diǎn)任務(wù)需要被避免。能量損耗和節(jié)點(diǎn)額外任務(wù)之間的權(quán)衡需要被合理的評(píng)估。

3.4 服務(wù)質(zhì)量

CRAHNs的路由設(shè)計(jì)也需要支持服務(wù)質(zhì)量需求(QoS)，這也同時(shí)增加了路由設(shè)計(jì)的難度。由于CRAHNs的應(yīng)用方式與其它網(wǎng)絡(luò)有很大不同，所以網(wǎng)絡(luò)的QoS需求也不同?；镜念?lèi)別有：帶寬、時(shí)延、抖動(dòng)和包丟失率等。應(yīng)用程序可能只需要單一的服務(wù)保證或者幾種服務(wù)的組合，在本文引用的參考文獻(xiàn)中，沒(méi)有涉及支持QoS的路由協(xié)議。提供QoS保證需要增加額外計(jì)算量，但這對(duì)次用戶是有利的，尤其在針對(duì)不同應(yīng)用程序需要不同的服務(wù)需求時(shí)。通過(guò)對(duì)服務(wù)需求的定義，頻譜管理將更加有效。例如，給定一組可用的頻譜，次用戶同時(shí)存在著兩種服務(wù)需求：數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)和語(yǔ)音通信服務(wù)，支持QoS的路由協(xié)議能夠識(shí)別這兩種服務(wù)需求，并選擇具有最小數(shù)據(jù)丟失率，最小端到端時(shí)延以及最小抖動(dòng)的路徑為語(yǔ)音通信提供服務(wù)。如果沒(méi)有提供QoS支持，那么路由協(xié)議將會(huì)只根據(jù)路由度量進(jìn)行路徑選擇，而不能提供完全符合需求的應(yīng)用服務(wù)。

4 總 結(jié)

根據(jù)對(duì)CRAHNs網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)計(jì)的現(xiàn)有工作和討論，可以得出以下的結(jié)論：首先，按需路由被證明更加適合移動(dòng)的認(rèn)知Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò)。其次，新的路由度量需要被設(shè)計(jì)，需要加入對(duì)頻譜相關(guān)信息的計(jì)算，這樣可以使得在路由選擇時(shí)不僅可以進(jìn)行路徑選擇，同時(shí)可以直接進(jìn)行信道的分配，基于干擾等級(jí)路由度量比較有前景，因?yàn)樗梢越档蛯?duì)授權(quán)用戶的干擾。同時(shí)，路由協(xié)議的設(shè)計(jì)需要考慮網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)。此外，路由協(xié)議需要考慮到網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性，將次用戶的重配置能力作為新的路由選項(xiàng)。為節(jié)約能量，路由協(xié)議應(yīng)該盡可能的簡(jiǎn)單有效。對(duì)能量消耗和額外節(jié)點(diǎn)任務(wù)的權(quán)衡需要被有效評(píng)估，尤其是要避免增加了額外的節(jié)點(diǎn)任務(wù)卻沒(méi)有使得網(wǎng)絡(luò)整體性能得到提升。最后，應(yīng)該考慮對(duì)服務(wù)質(zhì)量的支持，這對(duì)次用戶是有利的。

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[責(zé)任編輯：崔海瑛]

郭飛燕(1981-)，女，河南省濟(jì)源市人，講師，從事網(wǎng)絡(luò)與信息安全方向研究。

河南省科技廳基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計(jì)劃項(xiàng)目(142300410391)。

TN92

A

2095-0063(2016)06-0028-05

2016-09-05

DOI 10.13356/j.cnki.jdnu.2095-0063.2016.06.008