認(rèn)知路由算法設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)與關(guān)鍵指標(biāo)分析

1、認(rèn)知路由算法設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)與關(guān)鍵指標(biāo)分析認(rèn)知路由算法設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)與關(guān)鍵指標(biāo)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(dǎo)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(wù)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(rèn)知無線電技術(shù)[1]被認(rèn)為是應(yīng)對這一挑戰(zhàn)的關(guān)鍵手段。認(rèn)知無線電的核心思想是，通過頻譜感知和系統(tǒng)的智能學(xué)習(xí)能力，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)頻譜分配和頻譜共享。認(rèn)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(fù)雜電磁環(huán)境中，具有不可比擬的優(yōu)勢。由多個(gè)認(rèn)知無線電收發(fā)機(jī)以自組織的形式組建而成的無線網(wǎng)絡(luò)稱為認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)（以下簡稱為認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)）。其中，路由研究[2]是認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)研究的一個(gè)重要方面，在設(shè)計(jì)認(rèn)知路由算法時(shí)，目前討論較多的是基于基礎(chǔ)設(shè)施的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)（即平面型認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)），即主要用戶（PU）與認(rèn)知用戶（CU）共同組成的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)角色在網(wǎng)絡(luò)部署前已經(jīng)確定，并且在網(wǎng)絡(luò)生命周期內(nèi)保持不變。對這種網(wǎng)絡(luò)的路由進(jìn)行研究是目前的主流。1認(rèn)

3、知路由算法設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)由于受到認(rèn)知節(jié)點(diǎn)頻譜機(jī)會(huì)的不確定性、多頻段通信的差異性、信道切換延時(shí)影響以及授權(quán)用戶的干擾等影響[3]，認(rèn)知用戶間的通信隨時(shí)可能被中斷而不得不重新尋找新的可用頻段，對認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中路由算法的研究提出了新的嚴(yán)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(shí)延。傳統(tǒng)的基于帶寬、延時(shí)、吞吐量和能量有效等評價(jià)指標(biāo)不再適合于認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)，比如，傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)在計(jì)算延時(shí)大多只需考慮傳輸隊(duì)列的延時(shí)和路徑延時(shí)等，但對于認(rèn)知

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

5、重于單跳通信的優(yōu)化，很難達(dá)到良好的端到端的性能；其次，因?yàn)殒溌吩谛诺篱g頻繁的切換，使得對鏈路質(zhì)量的預(yù)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(shè)計(jì)則將兩者融合起來對所要選擇的路由、路由中每個(gè)鏈路上所使用的信道，以及對信道使用的時(shí)間調(diào)度等做出決策。這種設(shè)計(jì)方法能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)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(fù)雜性和通信開銷，并使得路由選擇對于頻譜的波動(dòng)變得敏感，任何可用頻譜的改變都可能觸發(fā)新