专利名称：路由建立方法和装置及数据传输方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术，特别涉及一种路由建立方法和装置及数据传输方法。
背景技术：
感知无线电(Cognitive Radio, CR)技术是一种可以保证在不干扰主用户终端 (Primary User, PU)的前提下，次用户终端(Secondary User, SU)合理利用频谱空洞的技 术，其中，频谱空洞是指分配给主用户终端但在一定时间和空间下主用户终端未使用的频 带。感知无线电系统具有两个特性，包括频谱感知性和可配置性。频谱感知性是指感知无 线电系统中的终端、基站、中继站等设备能够获得小区内频带的时空使用情况。利用频谱感 知性可以保证次用户终端合理利用主用户终端的频谱空洞，不对主用户终端造成干扰。可 配置性是指感知无线电系统的发射和接收频带是可配置的，即可以根据频谱感知的结果动 态改变发射和接收频带及其他相关参数。在感知无线电系统中，当次用户终端为小区边缘用户终端时，基站直接为这样的 次用户终端服务是难以被保证的。原因如下由于该次用户终端为边缘用户终端，为了补偿 信道衰减带来的损失，基站需要采用大功率进行数据传输。但是，当采用大功率时会对主用 户终端造成极大的干扰，为了避免对主用户终端的干扰必须保证该大功率作用的范围内， 所有的主用户终端都无业务需求，即处于不激活状态。而这样的情况是小概率事件，因此， 次用户终端为边缘用户终端时，采用基站直接为次用户终端服务，服务质量和可靠性是难 以保证的。为了解决这一问题，可以采用多跳的中继传输技术。上述的基站直接为边缘用 户终端服务也称为单跳服务，当基站需要经过至少一个的中继站为边缘用户终端服务时， 称为多跳服务。在感知系统的多跳传输过程中，需要解决路由的建立、维护及选择的问题。 现有技术采用表驱路由建立方式或者按需路由建立方式，表驱动路由建立方式是根据次用 户终端系统的网络拓扑结构建立及维护路由表，没有考虑主用户终端的状态，在建立的路 由中很可能造成对主用户的干扰，使得系统性能较差；按需路由建立方式是在源节点需要 建立连接时向下广播连接建立请求，各接收节点记录上一跳节点并依次向下广播连接建立 请求直至目标节点，之后，目标节点将多个路由信息返回给源节点，源节点选择经过的节点 数最少的路由传输数据，每次业务中断后需要采用上述方式重新建立路由，由于主用户终 端处于激活时就会中断次用户终端的业务，因此，当主用户终端的状态频繁变化时，需要频 繁更新建立路由，运算复杂，使得建立路由的开销和延迟都很大，系统性能降低。发明人在实现本发明的过程中发现现有技术至少存在如下问题在感知无线系统 中，现有技术在多跳传输时采用的建立及维护路由的方案造成系统性能较低。
发明内容
本发明实施例提供一种路由建立方法和装置及数据传输方法，能够在感知无线电 系统多跳传输建立路由时，提高系统性能。本发明实施例提供了一种路由建立方法，包括
确定目标节点；获取处于活动状态的主用户终端的区域位置；根据所述区域位置和目标节点的信息，逐跳得到并记录端到端的路径信息及不干 扰主用户终端的可传输功率。本发明实施例提供了一种数据传输方法，包括根据感知结果确定不同区域位置的主用户终端的活动状态；在已建立的路由表中选择与活动状态对应的路径信息和可传输功率，所述路由表 是根据所述区域位置和目标节点的信息，预先建立的；根据所述路径信息，采用所述可传输功率，传输待传输的数据。本发明实施例提供了一种路由建立装置，包括第一模块，用于确定目标节点；第二模块，用于获取处于活动状态的主用户终端的区域位置；第三模块，与所述第一模块和第二模块连接，用于根据所述区域位置和目标节点 的信息，逐跳得到并记录端到端路径信息及不干扰主用户终端的可传输功率。由上述技术方案可知，本发明实施例通过逐跳建立路径信息及可传输功率，可以 应用于多跳系统中；本发明实施例根据处于活动状态的PU的区域位置和目标节点的信息 建立端到端的路径信息，可以避免按需路由建立方式采用广播及建立多条路由再进行选择 等引起的运算复杂问题，可以提高系统性能；本发明实施例根据处于活动状态的PU的区域 位置和目标节点的信息得到不干扰主用户终端的可传输功率，可以避免表驱动路由建立方 式没有考虑主用户终端的状态引起的对主用户造成干扰的问题，可以提高系统性能。
图1为本发明实施例基于的感知无线电系统的结构示意图；图2为本发明第一实施例的路由建立方法流程示意图；图3为本发明第一实施例中获取活动PU的区域位置的方式一的方法流程示意 图；图4为图3对应的系统结构示意图；图5为本发明第一实施例中获取活动PU的区域位置的方式二的方法流程示意 图；图6为图5对应的系统一的结构示意图；图7为图5对应的系统二的结构示意图；图8为本发明第一实施例中感知基站得到并记录路径信息及可传输功率的方法 流程示意图；图9为本发明第一实施例中得到并记录路径信息及可传输功率的方法基于的系 统结构示意图；图10为本发明第一实施例中感知中继站得到并记录路径信息及可传输功率的方 法流程示意图；图11为本发明实施例中路由表进行添加的方法流程示意图；图12为本发明第二实施例的数据传输方法的流程示意6
图13为针对感知节点个数与吞吐量的关系，现有直传方式与本发明实施例的对 比关系曲线图；图14为针对主用户终端的活跃性与吞吐量的关系，现有直传方式与本发明实施 例的对比关系曲线图；图15为针对感知节点个数与服务公平性的关系，现有直传方式与本发明实施例 的对比关系曲线图；图16为针对主用户终端的活跃性与服务公平性的关系，现有直传方式与本发明 实施例的对比关系曲线图；图17为本发明第三实施例的路由建立装置的结构示意图；图18为本发明第四实施例的数据传输装置的结构示意图。
具体实施例方式下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。为了更好地理解本发明，首先对本发明基于的感知无线电系统进行描述。图1为本发明实施例基于的感知无线电系统的结构示意图，包括感知基站 (Cognitive Base Station，C-BS)、感知中继站(Cognitive Relay Station，C-RS)、感知用 户终端(Cognitive Client Premise Equipment,C-CPE)和主用户终端。其中，感知用户终 端是该感知无线电系统中的次用户终端，不能干扰主用户终端的活动。感知基站、感知中继 站和感知用户终端都具有感知能力，可以感知一定时空情况下，主用户终端是否处于活动 状态，主用户终端处于活动状态表明其有业务需求，此时，感知用户终端的使用不能对主用 户终端造成干扰。其中，图1中的椭圆形区域为相应的节点(感知基站、感知中继站或主用 户终端)覆盖的范围。参见图1，以左下侧的感知用户终端(即E)为目标感知用户终端时， 为了使主用户终端不被干扰，当主用户终端2和3均处于活动状态时，感知基站需要从路径 1(细实线)传输数据给目标感知用户终端；而当主用户终端2处于活动状态而主用户终端 3未处于活动状态时，基站可以从路径2 (粗实线)传输数据给目标感知用户终端。图2为本发明第一实施例的路由建立方法流程示意图，可以应用于多跳感知系统 中，该多跳感知系统中的各感知节点均需要执行如下步骤，具体包括步骤21 感知节点确定目标节点；步骤22 感知节点获取处于活动状态的PU(简称，活动PU)的区域位置；步骤23 感知节点根据所述区域位置和目标节点的信息，得到并记录端到端的路 径信息及不干扰主用户终端的可传输功率。其中，上述步骤的执行主体为感知节点，该感知节点包括感知基站、感知中继站或 者感知用户终端。当下行数据传输时，目标节点是感知用户终端，感知基站和感知中继站需 要执行上述步骤；当上行数据传输时，目标节点是感知基站，感知用户终端和感知中继站需 要执行上述步骤。下述实施例以下行数据传输为例，上行数据传输可参照对应执行。在下行数据传输时，感知基站首先确定目标用户终端，目标用户终端即为从感知 基站发送的数据要到达的目的地，并且由于本发明实施例主要提供对次用户终端服务而不 干扰主用户终端的方案，因此，这里的目标用户终端为系统中的次用户终端。之后，感知基 站可以在发送路径建立信息时将目标用户终端的信息发送给感知中继站。感知基站根据感知结果获取活动PU的区域位置，之后，可以通过广播的方式发送给系统中的感知中继站和 感知用户终端。本实施例根据活动PU的区域位置和目标节点的信息得到相关的路径信息，可以 保证在服务SU时不干扰活动的PU，并且无需频繁建立路由，可以提高系统性能。感知基站获取活动PU的区域位置可以根据感知结果，采用如下的两种方式进行方式一、基于簇(cluster)的检测方式。该方式下，感知中继站或感知用户终端以 簇为单位向感知基站发送所感知的PU的活动状态。簇头可以用Ibit的信息向感知基站反 馈该簇对应的感知结果，例如，用“ 1，，表示该簇感知到有活动的PU，用“0”表示该簇没有感 知到活动的Pu。这种方式下，是根据分簇的位置确定活动PU的区域位置，因此获取的活动 PU的活动区域与簇的大小有关。方式二、基于个体的检测方式。该方式下，各感知中继站或感知用户终端分别向 感知基站反馈感知结果。每个感知中继站或感知用户终端可以用Ibit的信息向感知基站 反馈该感知中继站或感知用户终端对应的感知结果，例如，用“1”表示该感知中继站或感 知用户终端感知到有活动的PU，用“0”表示该感知中继站或感知用户终端没有感知到活动 的Pu。这种方式下，是根据感知到有活动的PU的中心和区域保护距离得到活动PU的区域 位置，并且，区域保护距离与感知到有活动PU的感知中继站或感知用户终端的个数有关， 因此获取的活动PU的区域位置与感知到有活动PU的感知中继站或感知用户终端的个数有 关。图3为本发明第一实施例中获取活动PU的区域位置的方式一的方法流程示意图， 图4为图3对应的系统结构示意图。该方法包括步骤31 分簇中的各个感知中继站或感知用户终端独立感知中继站或感知用户 终端附近是否有活动PU，并将感知结果以Ibit信息的方式发送给簇头节点。参见图4，以 系统中有两个分簇为例，包括第一分簇和第二分簇。步骤32 簇头节点将该分簇中各个感知中继站或感知用户终端发送的感知信息 进行融合，得到该分簇的感知结果。例如，将各个感知中继站或感知用户终端发送的Ibit 信息进行“或”运算得到该分簇的感知结果。步骤33 簇头节点将该分簇的感知结果发送给感知基站。例如，采用Ibit信息的 方式发送感知结果。参见图4，例如，第一分簇反馈“0”，第二分簇反馈“1”。步骤34 感知基站根据各分簇的感知结果计算各活动PU的区域位置。具体如下第一步，计算活动PU的中心。将感知到有活动PU的分簇的中心作为活动PU的中 心。参见图4，例如，活动PU的中心为0。第二步，计算活动PU的内环半径R。。将感知到有活动PU的分簇的半径作为活动 PU的内环半径。第三步，计算活动PU的外环半径Rs。将内环半径加上区域保护距离M得到外环半 径，计算公式为RS = R。+M。其中，区域保护距离M可以根据实际需要和经验值具体设定为
一固定值。该步骤得到的外环半径即为活动PU的活动半径，活动PU的区域位置即为以第一 步得到的活动PU的中心为中心(例如图4中的0)，以第三步得到的PU的外环半径(例如 图4中的Rs)为半径的圆形区域。
本实施例得到的活动PU的区域位置是根据分簇的位置得到的，因此该方式下获 取的活动PU的区域位置与分簇的位置有关。图5为本发明第一实施例中获取活动PU的区域位置的方式二的方法流程示意图， 图6、7为图5对应的系统结构示意图。该方法包括步骤51 各个感知中继站或感知用户终端独立感知中继站或感知用户终端附近 是否有活动PU，并将感知结果以Ibit信息的方式发送给感知基站。参见图6，系统中有多 个感知中继站或感知用户终端。步骤52 感知基站根据各感知中继站或感知用户终端的感知结果计算活动PU的 活动区域。具体如下第一步，对于各感知到有活动PU的感知中继站或感知用户终端，取上述感知中继 站或感知用户终端的位置坐标的最大和最小值，即取如下四个坐标xmin、xmax、ymin、ymax。第二步，根据上述四个坐标，得到活动PU的中心和内环半径。
χ . H-JCV . -I-V中心(χ。，yc)的计算公式为:XC= mm 2 max ’Λ =^mn内环半径Rc的计算公式为:R = V^x-)2+(八”-)2
c 2第三步，计算得到区域保护距离M(n)计算公式为:M(n)= min {Mres，Mmax (η)}其中，Mres = dist(centerC, nodeA)-Rc是由未检测到PU的SU位置信息提供的限 制距离，其中，centerC表示活动PU的中心0(x。，y。)，nodeA表示离中心第2近的未检测到 PU的SU的位置，dist表示centerC与nodeA之间的距离。Mmax(η) 二 ρ— (η)χ2Rp + (1 -psemi_c(η))X^Rp-Rc,Mfflax(η)是一个经验计算保护距离值，上述的计算公式不一定是最优的，也可以采 用其他的公式计算，上述公式中Psemi-。(n)表示η个报告“1”的SU位于一个半圆的概率，计 算公式为Psemi-c(n) = 0. 5n_2，Rp是一个经验值，可取为200m。Mres对应的是报告0的第二近的SU位于报告0的第一近的SU的对角线位置，取保 护间隔M(n) = Mreso Mfflax (η)对应的是报告0的第二近的SU不位于报告0的第一近的SU的 对角线位置，取保护间隔M (n) = Mfflax (η)。第四步，根据内环半径R。和区域保护距离Μ(η)，得到外环半径Rs。计算公式为Rs= Rc+M(n)图6示出了 M (η) = Mres时的活动PU的区域位置，图7示出了 M (n) = Mmax (η)时的 活动PU的区域位置。该步骤得到的外环半径即为活动PU的活动半径，活动PU的区域位置即为以第一 步得到的活动PU的中心为0(xc,yc)，以第四步得到的PU的外环半径(例如图6、7中的Rs) 为半径的圆形区域。图8为本发明第一实施例中感知基站得到并记录路径信息及可传输功率的方法 流程示意图。图9为本发明第一实施例中得到并记录路径信息及可传输功率的方法基于的 系统结构示意图，可以理解的是，图9中示出的节点1-6可能是感知用户终端，也可能是感
9知中继站。参见图8及图9，本实施例包括步骤801 感知基站将得到的活动PU的区域位置，在控制信道上广播给全网络的 感知用户终端和感知中继站。步骤802 感知基站计算得到自身与各活动PU的距离d_{b，k}，k = 1，. . .，K，其 中，K为活动PU的个数，在上述距离中得到最小值d_b = min{d_{b, k}}。步骤803 感知基站判断上述最小距离d_b是否小于预先设定的传输保护距离 d-min,若是，执行步骤804，否则，执行步骤805。步骤804 不能传输，需等待。步骤805 根据最小距离d_b计算感知基站可传输的最大功率P。为了保证活动PU不被干扰，P是受限定的，最大可传输功率P的计算公式可以如
权利要求
一种路由建立方法，其特征在于，包括确定目标节点；获取处于活动状态的主用户终端的区域位置；根据所述区域位置和目标节点的信息，逐跳得到并记录端到端的路径信息及不干扰主用户终端的可传输功率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取处于活动状态的主用户终端的 区域位置包括感知基站接收各分簇发送的感知结果，所述感知结果表明对应的分簇是否感知到有处 于活动状态的主用户终端；根据感知到有处于活动状态的主用户终端的分簇的位置，得到 处于活动状态的主用户终端的区域位置；或者，感知基站接收各感知中继站或感知用户终端发送的感知结果，所述感知结果表明对应 的感知中继站或感知用户终端是否感知到有处于活动状态的主用户终端；根据感知到有处 于活动状态的主用户终端的感知中继站或感知用户终端的位置，得到处于活动状态的主用 户终端的区域位置。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据感知到有处于活动状态的主用 户终端的感知中继站或感知用户终端的位置，得到处于活动状态的主用户终端的区域位置 包括所述感知基站在所述感知到有处于活动状态的主用户终端的感知中继站或感知用户 终端中确定最大和最小位置坐标；所述感知基站根据所述最大和最小位置坐标得到所述区域位置的中心和内环半径； 所述感知基站根据所述感知到有处于活动状态的主用户终端的感知中继站或感知用 户终端的个数确定区域保护距离；所述感知基站根据所述内环半径和区域保护距离得到所述区域位置的外环半径。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取处于活动状态的主用户终端的 区域位置包括感知中继站或感知用户终端接收感知基站广播的处于活动状态的主用户终端的区域 位置。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述区域位置和目标节点的信 息，逐跳得到并记录端到端的路径信息及不干扰主用户终端的可传输功率包括根据所述区域位置，逐跳计算感知节点自身与各处于活动状态的主用户终端的距离， 确定其中的最小距离；在所述最小距离大于预先设定的传输保护距离时，根据所述最小距离确定所述可传输 功率；以所述可传输功率发送路由建立信息，以使接收节点反馈与该路由建立信息对应的确 认信息；将反馈所述确认信息的接收节点作为下一跳节点，记录所述下一跳节点和所述可传输功率。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当存在上一跳节点时，该方法还包括 接收上一跳节点发送的路由建立信息，所述路由建立信息包括目标节点的信息；接收到所述路由建立信息后，根据所述目标节点的信息设置倒计时器；在没有监听到其他感知节点发送的确认信息且倒计时器的时间归零后，向其他感知节 点广播确认信息，并记录所述上一跳节点。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述目标节点的信息包括目标节点的位置，所述根据目标节点的信息设置倒计时器包 括根据所述目标节点的位置计算自身与目标节点的距离，根据自身与目标节点的距离设 置倒计时器；或者，所述目标节点的信息包括目标节点的标识，所述根据目标节点的信息设置倒计时器包 括根据所述目标节点的标识确定自身与目标节点之间的信道质量，根据自身与目标节点 之间的信道质量设置倒计时器。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述区域位置和目标节点的信 息，逐跳得到并记录端到端的路径信息及不干扰主用户终端的可传输功率之后，还包括建立路由表，所述路由表由路由项组成，所述路由项包括目标节点及对应的不同区域 位置的主用户终端的活动状态和路径信息及可传输功率，所述路由项还包括路由信息，所 述路由信息包括路径建立时的时间、建立后使用次数和权重信息。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当新的处于活动状态的主用户终端被检 测到，或者目标节点的位置发生变化，或者新的目标节点接入时，该方法还包括根据变化后的处于活动状态的主用户终端的位置和目标节点的位置及已建立的路由 表，判断已存在的可传输功率是否干扰处于活动状态的主用户终端；在干扰处于活动状态的主用户终端时，重新建立目标节点与不同区域位置的主用户终 端的活动状态和路径信息及可传输功率的对应关系并添加进已建立的路由表中；在不干扰 处于活动状态的主用户终端时，无需更新已建立的路由表。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括当已建立的路由表中保存的路 径信息超过预先设定的门限值时，根据权重信息删除已建立的路径。
11.一种数据传输方法，其特征在于，包括根据感知结果确定不同区域位置的主用户终端的活动状态；在已建立的路由表中选择与活动状态对应的路径信息和可传输功率，所述路由表根据 所述区域位置和目标节点的信息预先建立；根据所述路径信息，采用所述可传输功率，传输待传输的数据。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述在已建立的路由表中选择与活动 状态对应的路径信息和可传输功率之前还包括建立路由表，所述路由表由路由项组成，所 述路由项包括不同区域位置的主用户终端的活动状态与路径信息及可传输功率的对应关 系，所述路由项还包括路由信息，所述路由信息包括路径建立时的时间、建立后使用次数和 权重信息。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括根据选择的路径信息更新所述 路由表中的建立后使用次数和权重信息。
14.一种路由建立装置，其特征在于，包括第一模块，用于确定目标节点；第二模块，用于获取处于活动状态的主用户终端的区域位置；第三模块，与所述第一模块和第二模块连接，用于根据所述区域位置和目标节点的信 息，逐跳得到并记录端到端的路径信息及不干扰主用户终端的可传输功率。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述装置设置在感知基站处，所述第二模块具体用于接收各分簇发送的感知结果，所述感知结果表明对应的分簇是 否感知到有处于活动状态的主用户终端；根据感知到有处于活动状态的主用户终端的分簇 的位置，得到处于活动状态的主用户终端的区域位置；或者，所述第二模块具体用于接收各感知中继站或感知用户终端发送感知结果，所述感知结 果表明对应的感知中继站或感知用户终端是否感知到有处于活动状态的主用户终端；根据 感知到有处于活动状态的主用户终端的感知中继站或感知用户终端的位置，得到处于活动 状态的主用户终端的区域位置。
16.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述装置设置在感知中继站或者感知用户终端处；所述第二模块具体用于接收感知基站广播的处于活动状态的主用户终端的区域位置。
17.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，还包括第四模块，与所述第三模块连接，用于建立路由表，所述路由表由路由项组成，所述路 由项包括目标节点及对应的不同区域位置的主用户终端的活动状态和路径信息及可传输 功率的，所述路由项还包括路由信息，所述路由信息包括路径建立时的时间、建立后使用次 数和权重信息。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，还包括第五模块，用于检测是否有新的处于活动状态的主用户终端，或者目标节点的位置发 生变化，或者新的目标节点接入；第六模块，与所述第四模块和第五模块连接，用于当新的处于活动状态的主用户终端 被检测到，或者目标节点的位置发生变化，或者新的目标节点接入时，根据变化后的处于活 动状态的主用户终端的位置和目标节点的位置及已建立的路由表，判断已存在的可传输功 率是否干扰处于活动状态的主用户终端；在干扰处于活动状态的主用户终端时，重新建立 目标节点与不同区域位置的主用户的活动状态和路径信息及可传输功率的对应关系并添 加进已建立的路由表中；在不干扰处于活动状态的主用户终端时，无需更新已建立的路由 表。
全文摘要
本发明实施例公开了一种路由建立方法和装置及数据传输方法。该路由建立方法包括确定目标节点；获取处于活动状态的PU的区域位置；根据所述区域位置和目标节点的信息，逐跳得到并记录端到端路径信息及不干扰主用户终端的可传输功率。本发明实施例可以在主用户终端活动时同时为次用户终端服务，运算简单利于提高系统性能。
文档编号H04W40/24GK101959279SQ20091015990
公开日2011年1月26日 申请日期2009年7月13日 优先权日2009年7月13日
发明者刘坚能, 张洁涛, 陈雁 申请人:华为技术有限公司