专利名称：认知无线网络拓扑重构方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线网络传输领域，特别涉及一种认知无线网络拓扑重构方法及系统。
背景技术：
传统无线频谱资源的低利用率和当前巨大的频谱需求之间的矛盾促成了认知无线电技术的产生。认知无线电技术引入认知用户的概念，允许认知用户在授权频段空闲时进行机会式的使用，从而为弥合有限频谱资源和巨大需求之间的缺口提供解决方案。认知无线电技术通过采用诸如频谱感知，动态频谱分配以及动态频谱共享等机制进行频谱利用率的提升。但是认知无线电特有的感知，推理，学习以及适应能力使得认知无线网络比传统网络更加复杂和难以管理。同时无线网络发展进程带来的网络异构化和动态化以及未来的无线通信所必须要面对的多种无线接入标准和复杂的频谱分配形式，使得认知无线网络管理与性能提升变得更加困难。在这种情况下，拓扑重构技术作为认知无线网络中的一项关键技术对于支持异构网络之间的数据传输，适应时变的动态环境和管理不同频带联合资源分配起到了重要的作用。有针对异构网络环境下的拓扑管理与路由选择机制考虑了频谱异构性给认知无线网络带来的影响，并且通过从用户协助传输提高了异构共存系统的吞吐量，然而却没有考虑到节点的移动性对整个拓扑和路由的影响。另外的还存在基于动态频谱分配的拓扑与路由管理机制能够很好的解决频谱资源的变化所带来的拓扑变化问题，但是却相应的简化了应用场景，没有考虑复杂的异构环境。同时还存在一些在考虑了节点移动性会影响链路连通性的基础上进行了拓扑推断和重置的研究，但是忽视了频谱资源的不均等分配对拓扑产生的影响。综上所述，拓扑重构在认知无线环境中的数据传输中存在以下问题:I)可用信道资源是时变的，只能机会性的使用，信道的改变会改变拓扑；2)节点动态的移动使得网络的连通性一直产生变化，从而导致网络拓扑变化；3)在异构环境中，不同网络认知用户的按需路由需要考虑到不同网络的特性进行链路连接，这可能需要改变原有拓扑结构才能完成数据传输；4)节点频繁在不同信道之间进行信道切换会带来严重的切换时延，影响网络性能；5)全局拓扑信息无法准确获知；6)从用户需要避免对主用户的干扰，在主用户出现时会产生退避时延。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是:如何提供一种认知无线网络拓扑重构方法及系统能够根据认知无线网络中的动态性、移动性、异构化等特性，结合频谱资源的分配、信道容量以及时延特性进行认知无线网络的拓扑重构决策，使得重构决策更加优化、全面和有效。(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了一种认知无线网络拓扑重构方法，该方法包括步骤:SI根据无线环境和无线参数信息，利用认知网络层析成像技术获取网络拓扑信息；S2根据网络拓扑信息获取无线网络拓扑的影响因素，所述影响因素包括节点的移动性和频谱资源的动态分配；S3分析扑重构达成的性能指标；S4将所述影响因素与性能指标相结合进行分析，形成拓扑重构方案；S5根据拓扑重构方案进行拓扑重构。优选的，步骤SI中所述网络拓扑信息包括:故障节点信息，邻居节点信息以及链路时延信息。优选的，所述链路时延信息的计算方法为:在单播模式下，源端发送与子节点的数量相等的测量包，测量包之间的发送时间间隔为ΛΤ，通过计算测量包到达时的时间间隔与AT之间的差值得到链路时延信息；在多播模式下，源发送端发送测量包，测量包在各个节点之间传递并转发，通过比较测量包到达时间计算得到链路时延信息。优选的，所述故障节点信息获得的方法为:在测量包传递过程中，如果节点没有收到测量包，那么该节点为故障节点。优选的，步骤S2中所述节点的移动性的获取方法为:对节点的位置进行多次测量，通过对比测量出的不同拓扑之间的节点的位置变化，得到节点移动的速度。优选的，步骤S2中通过所述频谱资源的动态分配来保证主用户传输不受干扰和认知用户之间传递信息不间断。优选的，步骤S3中所述性能指标包括:信道传输能力和时延特性。本发明还提供一种认知无线网络拓扑重构系统，该系统包括:拓扑信息收集与处理模块，根据无线环境和无线参数信息，利用认知网络层析成像技术获取网络拓扑信息，并根据拓扑信息分析确定节点位置；拓扑重构策略定制模块，用于综合分析节点的移动性、频谱资源的动态分配以拓扑重构达成的性能指标为网络优化目标，形成拓扑重构决策；拓扑重构管理与执行模块，用于管理和执行拓扑重构决策。优选的，所述拓扑信息收集与处理模块具体包括:拓扑信息采集模块，用于根据无线环境和无线参数信息，利用认知网络层析成像技术获取网络拓扑信息；节点位置分析与确定模块，用于利用认知网络层析成像技术确定节点位置；数据存储模块，用于存储网络拓扑信息和节点位置信息。优选的,所述拓扑重构策略定制模块具体包括:节点移动性分析模块，用于分析节点的移动性；无线资源管理模块，用于分析数据传输的频谱资源的动态分配；拓扑性能计算模块，用于分析拓扑重构达成的性能指标；优化目标制定与优化计算模块，用于对所述节点的移动性、数据传输的频谱资源的动态分配和扑重构达成的性能指标进行优化目标和优化计算；
拓扑重构决策制定模块，用于生成拓扑重构决策。(三)有益效果采用本发明的认知无线网络拓扑重构方法及系统充分考虑了认知无线网络中的动态性、移动性、异构化等特性，并将其与频谱资源的分配、信道容量以及时延特性相结合生成认知无线网络的拓扑重构，使得重构决策更加优化、全面和有效，有利于无线网络的数据传输。
图1是本发明实施例认知无线网络拓扑重构方法流程图。图2是本发明实施例认知无线网络拓扑重构系统结构框图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。本发明实施例的一种认知无线网络拓扑重构方法如图1所示，该方法包括步骤:SI根据无线环境和无线参数信息，利用认知网络层析成像技术获取网络拓扑信息；S2根据网络拓扑信息获取无线网络拓扑的影响因素，所述影响因素包括节点的移动性和频谱资源的动态分配；S3分析扑重构达成的性能指标；S4将所述影响因素与性能指标相结合进行分析，形成拓扑重构方案；S5根据拓扑重构方案进行拓扑重构。步骤SI中采用认知网络层析成像技术减少了探测包的数量和长度，以避免产生拥堵和资源的浪费；其次由于认知无线网络具有异构性，各个异构网络可以支持的协议不同，考虑多播和单播协议在大多数网络中都被支持，所以认知网络层析成像技术采用多播和单播协议进行测量包的传递。步骤SI中所述网络拓扑信息包括:故障节点信息，邻居节点信息以及链路时延信
肩、O所述链路时延信息的计算方法为:在单播模式下，源端发送与子节点的数量相等的测量包，测量包之间的发送时间间隔为AT，通过计算测量包到达时的时间间隔与Λ T之间的差值得到链路时延信息；在多播模式下，源发送端发送测量包，测量包在各个节点之间传递并转发，通过比较测量包到达时间计算得到链路时延信息。某一个节点收到包时就会知道自己处于整个拓扑结构中的位置，因为同一层的节点收到包的时间是相同的。而如果某一个节点收到的包之间的间隔大于ΛT那么这段多出来的时间就是整条链路的时延。而如果某一个节点没有收到包，那么就意味着上面一个节点出现故障无法进行数据传递。这样在经过认知网络层析成像技术的分析后局部拓扑的信息，包括故障节点信息，邻居节点信息以及链路时延信息就都可以获得了。
步骤S2中所述节点的移动性的获取方法为:基于已得到的拓扑信息可以得到当前局部各个节点的位置，在进行多次测量后，通过测量出的不同拓扑之间的对比还可以得到节点的位置变化，得出节点移动的速度，其具体算法为:设定节点i的邻居节点集合为Fi,定义i的可用转发节点if e Fi，则有:
权利要求
1.一种认知无线网络拓扑重构方法，其特征在于，该方法包括步骤: Si根据无线环境和无线参数信息，利用认知网络层析成像技术获取网络拓扑信息； S2根据网络拓扑信息获取无线网络拓扑的影响因素，所述影响因素包括节点的移动性和频谱资源的动态分配； S3分析拓扑重构达成的性能指标； S4将所述影响因素与性能指标相结合进行分析，形成拓扑重构方案； S5根据拓扑重构方案进行拓扑重构。
2.权利要求1所述的认知无线网络拓扑重构方法，其特征在于，步骤SI中所述网络拓扑信息包括:故障节点信息，邻居节点信息以及链路时延信息。
3.权利要求2所述的认知无线网络拓扑重构方法，其特征在于，所述链路时延信息的计算方法为:在单播模式下，源端发送与子节点的数量相等的测量包，测量包之间的发送时间间隔为AT，通过计算测量包到达时的时间间隔与Λ T之间的差值得到链路时延信息；在多播模式下，源发送端发送测量包，测量包在各个节点之间传递并转发，通过比较测量包到达时间计算得到链路时延信息。
4.权利要求3所述的认知无线网络拓扑重构方法，其特征在于，所述故障节点信息获得的方法为:在测量包传递过程中，如果节点没有收到测量包，那么该节点为故障节点。
5.权利要求1所述的认知无线网络拓扑重构方法，其特征在于，步骤S2中所述节点的移动性的获取方法为:对节点的位置进行多次测量，通过对比测量出的不同拓扑之间的节点的位置变化，得到 节点移动的速度。
6.权利要求1所述的认知无线网络拓扑重构方法，其特征在于，步骤S2中通过所述频谱资源的动态分配来保证主用户传输不受干扰和认知用户之间传递信息不间断。
7.权利要求1所述的认知无线网络拓扑重构方法，其特征在于，步骤S3中所述性能指标包括:信道传输能力和时延特性。
8.一种认知无线网络拓扑重构系统，其特征在于，该系统包括: 拓扑信息收集与处理模块，根据无线环境和无线参数信息，利用认知网络层析成像技术获取网络拓扑信息，并根据拓扑信息分析确定节点位置； 拓扑重构策略定制模块，用于综合分析节点的移动性、频谱资源的动态分配并以拓扑重构达成的性能指标为网络优化目标，形成拓扑重构决策； 拓扑重构管理与执行模块，用于管理和执行拓扑重构决策。
9.权利要求7所述的认知无线网络拓扑重构系统，其特征在于，所述拓扑信息收集与处理模块具体包括: 拓扑信息采集模块，用于根据无线环境和无线参数信息，利用认知网络层析成像技术获取网络拓扑信息； 节点位置分析与确定模块，用于利用认知网络层析成像技术确定节点位置； 数据存储模块，用于存储网络拓扑信息和节点位置信息。
10.权利要求7所述的认知无线网络拓扑重构系统，其特征在于，所述拓扑重构策略定制模块具体包括: 节点移动性分析模块，用于分析节点的移动性； 无线资源管理模块，用于分析数据传输的频谱资源的动态分配；拓扑性能计算模块，用于分析拓扑重构达成的性能指标； 优化目标制定与优化计算模块，用于对所述节点的移动性、数据传输的频谱资源的动态分配和扑重构达成的性能指标进行优化目标和优化计算； 拓扑重构决策制定模块， 用于生成拓扑重构决策。
全文摘要
本发明公开了一种认知无线网络拓扑重构方法及系统，该方法包括步骤S1根据无线环境和无线参数信息，利用认知网络层析成像技术获取网络拓扑信息;S2根据网络拓扑信息获取无线网络拓扑的影响因素，所述影响因素包括节点的移动性和频谱资源的动态分配；S3分析扑重构达成的性能指标；S4将所述影响因素与性能指标相结合进行分析，形成拓扑重构方案；S5根据拓扑重构方案进行拓扑重构。采用本发明的认知无线网络拓扑重构方法及系统充分考虑了认知无线网络中的动态性、移动性、异构化等特性，并将其与频谱资源的分配、信道容量以及时延特性相结合生成认知无线网络的拓扑重构，使得重构决策更加优化、全面和有效。
文档编号H04W24/02GK103079209SQ20121058186
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者冯志勇, 张平, 贺倩, 张奇勋 申请人:北京邮电大学