关键字 |
| ad hoc网络,认知无线电,流动性,反应式路由协议AODV,安全域 |
介绍 |
| 认知无线网络技术的主要目的是改善光谱操作许可的频率,同时改善拥堵在2.4 ghz的ISM波段。最近的研究在这一领域主要集中在频谱感知和共享问题在轨道网络依赖的发生集中的实体收集的光谱信息,决定最好的频谱使用,分配传输进度CR用户服务。此外,这样的体系结构通常是单跳,每个CR直接与中央实体沟通最终的目的地。认知无线自组网(CRAHNs)是一个新开发的无线通信技术[1]。不同的是,传统的无线网络不需要建立基础设施。由于没有这样的基础设施,因此没有预装路由器可以,例如,转发数据包从一个宿主传播到另一个,这个任务必须由参与者,也称为移动节点的网络。每个节点需要平等的角色,意味着它们可以作为主机和路由器。传统无线网络需要一些改善由于一些因素,如安全、功率控制和传输质量和带宽优化。这对带宽需求增加在某些频段下加上利用在其他乐队了对动态频谱分配方式(DSA)政策在无线网络中使用的无线电频谱。遗留的固定频谱分配政策相比,DSA允许许可免除用户访问许可频段的授权不使用时的所有者,也称为初级用户(PU)的乐队。 Dynamic Spectrum Allocation is expected to enable more efficient use of frequency channels without impacting the primary licensees. Thus the Federal Communications Commission (FCC) recently defined provisions to open the sub 900 MHz TV bands for unlicensed services, provided that the secondaries proactively detect the return of and avoid interruption to the primary users (PU). The newly proposed cognitive radio (CR) technology is predictable to make Dynamic Spectrum Allocation the reality. In its most general form, the Cognitive R was envisaged as an autonomous agent that perceives the user’s situation and proactively assists in performing some tasks. Ideally in our scenario, the nodes in a cognitive radio network (CRN) will not only search for spectrum holes and use them when needed, but also act intelligently with enough co-ordination to enhance the overall system performance of the entire network. We try to solve problems like maintenance and discovery of routes and topological changes of the network is the challenge of Ad-Hoc Networking [2]. |
| 几层的网络协议栈需要增强适应认知无线电的附加功能。物理(体育)层需要对扫描光谱和光谱洞处理宽带信号,不断调整其运行功率,谱带和调制而无需人工干预。介质访问(MAC)层必须明智地协调和合作遥感光谱动态频谱访问[3]。随后,网络层必须注意的几个参数聚集在MAC层和物理层层执行spectrum-aware路由。与基于基础设施的网络,种点对点架构可以创建认知无线电返航广域网络,交通流在同行直接使用继电器,通过多跳转发导致更高的容量,无处不在的连通性和增加覆盖。然而,目前,几乎没有理解这样的认知网格体系结构将如何运作,使该系统可行的动态频谱分配(DSA)。因此,问题的设计种crn必须更好地研究crn的概念发挥其全部潜力。种认知无线电网络的一个例子是图1所示。 |
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| 在动态频谱分配(DSA),是多个频率之间切换的能力允许更好的频谱效率,同时降低无线电干扰,只要在需要的时候切换到正交频带。因此一种认知无线电网络; |
| 增加一个¯·高效的频谱利用率, |
| 一个¯·降低用户间的干扰, |
| 一个¯·通过使用多个同时提高网络吞吐量数据包传输在不同的频道, |
| 一个¯·无处不在的连通性和增加 |
| 一个¯·增加服务区域范围。 |
| 当我们在无线网络应用认知无线电技术提高频谱利用率和系统能力。顺便说一句,几个路由协议提出了crn处理这些网络的固有问题,其中包括机会频谱接入,动态频谱可用性和保护对主用户的干扰活动,多渠道公司传输和高能源消耗[4]。从未越少,由于独特的网络特点,它与几个重大的挑战,需要考虑路由设计如下: |
| 能源消耗:在某些中枢神经系统,如CR移动ad hoc网络或CR传感器网络,SUs通常规模较小,并限制能量的能力。然而,传感器单元必须能够感知频谱宽的频带,因此有效的功率控制是必需的。此外,通道可用性在认知无线电网络的动态特性(crn)源数据包由于能耗损失和重发。结果,网络分区问题可能发生很容易由于能源枯竭的中继节点。在这样的网络中,路由协议与能源意识是具有挑战性的,应该考虑[5]。 |
| 不同的光谱特征:实用crn,光谱通道在每个SU可能有不同的通道属性,如带宽、延迟,损失率,传播特性,等等,以及不平等的一段时间。因此,不同的渠道可能支持不同的传输范围[5]。 |
| 频谱切换的效果:端到端路由crn可能由多个啤酒花中使用不同的数据传输渠道根据频谱可用性。大量的频谱切换(SU改变其频率的过程操作)由多渠道公司传输或路由恢复过程可能导致增加的端到端延迟和高能源消耗[5]。 |
| 对干涉的影响:根据crn的原则,更好的路线应该选择与聚氨酯的最小干扰网络和干涉效应必须保持可接受的阈值水平以下。此外,链接,使用相同的信道间的干扰也应该被考虑。然而,它也很难确定可接受的水平的干扰影响[4][5]。 |
| 路线恢复机制:通用无线网络链接失败,可能由于节点移动节点故障或退化的链接。然而,crn的路线破坏,也可以由聚氨酯活动。不同的链接失败的原因可能需要不同的路线恢复机制来处理,即寻找另一个迂回的路线通过使用相同的通道或改变光谱通道通过使用相同的路线。因此,苏必须确定正确的链接失败原因并选择合适的路线恢复算法[4]。 |
| 常见的控制通道:SUs通常相互协调利用的通用媒介频谱相关信息交换,称为公共控制信道(CCC)。crn的CCC促进了邻居发现和帮助频道访问谈判以及路由信息更新。然而,额外的控制通道在每个SU能源贫瘠的crn可能是有害的,因为额外的开销的CCC建立[5]。 |
| 聚氨酯活动意识到路由:协议的目的是有目的建立一个传输路径,避免了主用户活动的区域。设计背后的原因是让路线那么容易受到的影响主要在数据传输期间用户活动。当主用户(PU)遇到地区,将进入一个迂回的道路,以避免PU地区[4][5]。 |
| 基于位置的路由:协议利用节点的位置信息传输的路由消息所需的地区大部分朝着目的地而不是整个网络,以减少控制开销。获得的整个地理拓扑网络,每个节点将淹没其位置和标识网络中的所有节点[5]。 |
| 基于集群路由:该协议将网络节点划分为一定数量的集群。聚类算法可以分为两类,即集群有或没有集群。前一类,每个集群的集群头当选帮助在数据传输管理和维护集群成员的信息。基于集群路由的主要目的是提高网络的可扩展性,优化带宽使用情况,平衡资源的分布[5]。 |
| 网络拓扑结构变化:认知无线电网络的拓扑变化的发生主要是由于波动的主要用户(PU)活动和节点移动性。苏PU活动检测时,必须立即腾出信道重叠PU的传输频率为了不造成有害干扰脓。因此,可用的通道设置在每个二级用户(超自然)随时间和地点而异。 |
| 多路径路由:之间的协议允许建立多个可选路径sourcedestination一对为了同时传输多个数据流或用于备份的目的。它通常提出提供负载平衡,提高数据传输的可靠性和网络资源的利用率最大化。 |
| 基于强化学习的路由:协议适用于强化学习形成数据传递的路线。学习的强化学习提供了一个框架控制策略基于经验和奖励[5]。 |
| 流动意识到路由:协议设计,目的是支持移动crn的节点(SUs或脓)是可移动的,即节点可以自由移动,在任何时候,对任何方向和在任何速度、刀具磨损导致频繁的联系。应对这些挑战的网络,协议可以建立可靠的路径包含最大数量的减少移动节点,或提供有效的路由恢复机制[5]。 |
| 剩下的纸是组织如下。在第二部分的认知无线电网络和一个详细的讨论在种CRN MAC和网络层的挑战。第三节对认知无线电网络相关工作。提出工作将在第四部分讨论。V节仿真设置和结果是第六章讨论和总结。 |
认知无线电网络与多通道ad hoc网络 |
| 认知无线电网络中基于DSA允许未经授权的二级用户分享授权频谱在时间和空间变异方法以最小的干扰主用户。尽管种认知无线电网络的能力运行在多个光谱乐队给人的印象,这些crn类似于与多通道建立特定的网络支持,在现实中,有许多特性,使crn独特。下面我们描述这些[3][5][6][7][8]: |
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相关工作 |
| 最近的工作领域的分布式CR路由协议描述了(我)网络与特定架构假设(2)一般特设网络,如下: |
| 网络与特定架构的假设: |
| path-centric频谱分配框架(认知无线电网络)提出了构建一个多层次的网络在每个节点的图,图的边的权值表示节点之间的频谱可用性。在这两种情况下,Dijsktra或传达员Ford-like算法运行拓扑图形找到最优路径。传播网络的宽边,每个节点产生的开销高昂,因此不适合特设网络路由。其他作品也被提出了网状网络安排在一个树层次结构。我们的工作侧重于认知无线电网络特设网络,没有特定的假设随机网络拓扑,每个用户的知识有限的位置。此外,我们相信,考虑主用户接收机,CR交通类和可伸缩的路由方法独特的区分CRP与文献[10]的其他作品。 |
| 一般特设网络: |
| 在种single-transceiver CR路由协议(MSCRP),类似于古典AODV、RREQ转发/所有可能的渠道的目的地。后者然后决定光谱选择最短路径分析估计的时间频谱切换、信道争用和数据传输。同样,最好的路由路径是首次发现,然后沿着路径选择的首选渠道。在这些作品中,连续的路径选择和频谱分配并不能保证频谱可用沿着路径优化的经典指标,如延迟或跳数。CR用户定期交换他们的频道选择信息,还提供了信息的程度不同类别的交通(延迟敏感或其他)在一个给定的通道的影响[11]。 |
| CRP路由协议概述: |
| CRP的路由建立协议由两个阶段——(i)的光谱选择阶段,和(2)下一个跃点选择阶段。源节点RREQ广播控制信道,这包传递到目的地。每个中间货代确定最好的谱带,在乐队在光谱选择的首选渠道。光谱的选择是基于两个节点之间的连接边缘;路线的选择取决于少边的权重与特定的带宽。几种路由协议扮演的角色认知特设网络[12]。 |
| 答:AODV协议和路由: |
| AODV协议[13]是一个被动的路由协议的路由协议。只有当需要路由。图2显示了消息传输使用AODV协议。在认知无线电Ad hoc网络路由(CRAHNs)完成了找到一个短期的目标和优化路径从源到目标节点。一个优势是,较小的带宽需要维护路由表,缺点是它将创建非延迟可以忽略不计,因为在使用路由为一个特定的沟通之前,必须确定。当一个源传输到一个未知的目的地发送RREQ路由请求的目的地。如果接收节点没有收到RREQ,它不是目标节点,没有当前路由到目的地。RREP用于跳跃目的的向目的地,所以使用它生成路由应答(RREP)。创建节点之间的路由RREP使用。 |
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| 这里的年代是源和D是目的地用于简单的传播消息你好向目的地D .当一个路线是必要的,它不是由一个节点已知它发送一个请求(RREQ)消息路由到邻国。这些节点转发消息,直到它到达目的地。每个中间节点更新RREQ的地址。当一个节点发送一个RREQ消息它附加到请求ID。请求ID和IP地址的节点形成一个惟一的标识符。这样做是为了防止一个中间节点接收两次相同的RREQ消息转发它两次。当目的地接收到RREQ它发送一个应答(RREP)消息路由回源节点通过逆转RREQ跳序列记录。当源接收RREP可以开始与目的地,包括整个路线的每个发送消息的标题。 |
| b .动态MANET的按需路由协议(DYMO): |
| 动态马奈点播(DYMO)[14]路由协议使活性,参与DYMO路由器之间的多次反射单播路由。DYMO AODV的增强版本。DYMO操作分为路由发现和路由维护。路线按需发现当发起人发起敌手RREQ的分布(溃败请求)消息在网络找到一个路由到目标,目前没有在它的路由表。这个RREQ消息充斥在网络使用广播和包到达其目标。目标然后送RREP发起人(路由应答)。在接收到由发起人RREP按摩,两个节点之间的航线已经建立了。在使用维护的暴跌之后,路由器延长寿命在成功转发数据包。为了应对网络拓扑的变化,路由器流量监控链接。当一个数据包目的地的路由和转发收到的路由坏了,丢失的或未知的,那么数据包被发送通知的来源RERR(路线错误)按摩。 Upon receiving the RERR massage, the source deletes that route. In future, it will need to perform route discovery again, if it receives a packet for forwarding to the same destination. DYMO uses sequence numbers to ensure loop freedom and enable them to determine the order of DYMO route discovery messages. |
| c .动态源路由协议(域): |
| 安全域的关键特性是使用源路由。源(发送方)知道敌手完整的路由到目的地。这些路线是存储在一个路由缓存。数据包携带源路由数据包报头。它是一种按需路由协议和两部分组成的[14]: |
| 1。路由发现 |
| 当特设网络中的一个节点试图发送一个数据包到目的地的路线是未知的,它使用一个路由发现过程来找到一个路线。路由发现使用简单的洪水与路由请求(RREQ)技术在网络数据包。每个节点收到RREQ进一步重播,除非它是目的地或目的地的路线在其路由缓存。这样一个节点回复RREQ的路由应答(RREP)路由回原始的数据包。RREQ和RREP包也源路由。到目前为止RREQ建立路径遍历。RREP路线本身回源通过向后遍历这个路径,路线进行回RREP包缓存的来源,以供将来使用。 |
| 2。线路维护 |
| 周期性路由更新发送到所有的节点。如果任何链接源路由坏了,通知源节点使用一个路由错误(RERR)包。源使用这个链接从缓存删除任何路线。一个新的路由发现过程必须由源是否仍然需要这条路线。此外,任何源路由转发节点缓存数据包转发可能将来使用。的一些技术改进进化:打捞:一个中间节点可以使用另一种路线从自己的缓存,当一个数据包符合链接失败其来源[15]。 |
| 无端路由修复:源节点接收RERR包上运行以下RREQ RERR。这有助于清理网络中其他节点的缓存可能失败的链接在一个缓存源路线[15]。 |
提出工作 |
| 在拟议的工作描述与光谱选择路由协议的性能,在网络层路由发现和路由维护,我们考虑为认知ad hoc网络的节点数量作为主要用户(脓)。最初认为的一个节点的源节点传播节点的数量在无线环境中间隔一段时间后。考虑到五个实施的节点数量,相连的通信与特定的信道分配从源节点到目标节点。路由请求RREQ最初发送确认后从源节点和目的节点发送路由RREP回复。如果在目的地节点如果问题创建目的地发送RERR消息的源节点即丢弃数据包。下面是测试的步骤基于路由协议的仿真。下面是被认为是我们最初的实现的过程。 |
| 一个¯·使用AODV,安全域和DYMO认知无线电网络路由协议数据传输 |
| 一个¯·初始化范围选择。 |
| 创建一个¯·认知无线电节点在无线场景选择下一跳路由维护阶段。 |
| 一个¯·测试的数据率传输无线认知网络的数据包数量。 |
| 一个¯·分析平均抖动,平均端到端延迟和吞吐量的认知网络对不。节点的发现与图表。 |
| ¯·模拟权力分析使用认知无线电网络路由协议数据传输的功率消耗在传输,接收和以上协议对不理想的模式。节点的发现与图表。 |
仿真设置与结果分析 |
| 考虑下一个希望选择阶段的节点数量的认知节点是14。这里的节点数量与数量是14包AODV的性能演变,安全域和DYMO协议实现在QualNet 5.0以下注意事项。以下参数被认为是如表1所示[16][17]。 |
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| 节点随机运动的移动x1500 1500平方米的面积。当有特定的传输范围开始不同节点之间的传输。这是表明数据包传输。当重叠和特定范围是停止数据传输完成。图4显示了输出。 |
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| 分析认知无线节点: |
| 一个节点发送路由请求(RREQ)在AODV,安全域和DYMO路由协议TCP代理。在执行输出生成的输出文件如下考虑。一个认知节点与其他节点通信开始全方位的方式与特定的时间开始于1.0 ms & 7.0毫秒。有五个尺寸在我们的实验中被定义如下: |
| 活性(按需)路由协议的仿真是基于仿真时间的节点,网络领域,暂停时间、路由协议和节点的速度。在我们设计实验方法性能矩阵可以测量暂停时间的变化而其他所有其他参数如仿真时间,区域网络,节点的速度保持不变。不同的参数对性能的影响的按需协议如下所示。从仿真结果数据,它是观察到的性能比其他的按需路由协议AODV协议安全域和DYMO),因为适当的接收数据包并减少丢包,但由于仿真结果的端到端延迟和暂停时间的变化如图下面。 |
| 平均抖动效应:——标志着数据包从源与不同的延迟将达到目的地。一个数据包的延迟随其位置在路由器的队列源和目的地之间的路径和这个职位可以随机变化。可以看出O D V协议的性能优越然后安全域和DYMO。 |
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| 端到端延迟:平均端到端延迟意味着平均时间数据包到达一端到另一端(源节点到目标节点)。 |
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| 图10显示了应用程序层的平均端到端延迟CBR DYMO认知节点的路由协议。 |
| 吞吐量(字节/秒):吞吐量是数据包的数量的测量单位时间内成功地传送到目的地。 |
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结论 |
| AODV路由协议提供了更好的性能随着光谱选择阶段和下一跳选择阶段。在给定的图如上所示在QualNet 5.0网络模拟软件实现。AODV路由协议给出有关包传输的最佳性能在不同频道的认知无线电特设网络。输出表明,平均抖动,平均端到端延迟,吞吐量,能源消耗,传输和理想模式。输出显示了AODV比安全域和DYMO效率在认知无线电网络路由性能。其他有趣的结论为认知无线电网络路由协议包括跨层路由的设计。通过提高路由效率的方案,可能需要跨层设计利用之间的协作路由和频谱管理,以便有效地适应无线电干扰的变化,链路质量、节点密度或网络拓扑。 |
| 我们坚信在未来工作分析和批评当前路由技术及其性能公开新开放的问题,也可以用来增强现有的路由方案或开发的最优路线选择和设计新的路由解决方案。 |
引用 |
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