一种面向多跳认知无线电网络的可靠数据传输方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线网络通信领域，特别涉及一种面向多跳认知无线电网络的可靠数 据传输方法。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信新业务和新产品的出现，无线通信市场对无线频谱资源的需求不断 增加，在静态频谱分配策略下，某些未授权频段因次用户竞争使用非常拥挤，而许多已授权 频段的频谱使用效率低下，存在着大量的频谱空洞。认知无线电作为解决上述问题的有效 途径之一，是一种智能的无线通信系统，它具有基于人工智能技术的学习能力，能够认知外 部环境的变化，并通过实时改变其自身的某些工作参数，如工作频率、调制技术、发送功率 等，使其内部状态能够适应无线传播环境的统计性变化，以便能够进行可靠通信的目的。
[0003] 在使用静态频谱分配的无线传感器网络中，由于与日益增多的无线通信设备共享 非授权频段造成信道拥塞，导致数据包丢失率增加，端到端的传输时延得不到保证，因此将 认知无线电技术应用于无线传感器网络，形成一种多跳认知无线电网络。多跳认知无线电 网络是一种基于认知无线电的实现源节点到目的节点之间多跳无线通信的动态频谱接入 网络。在所述网络中，主用户是指获得频段授权的用户，次用户是指未获得频段授权的用 户。主用户对频谱拥有优先使用权，可以随时使用频谱。次用户必须在主用户使用授权信道 时，切换到另一空闲信道以避免主用户通信的干扰。因此，只考虑固定频谱分配的路由协议 不再适用，需要提出一种新的面向多跳认知无线电网络的路由协议。
【发明内容】
[0004] 针对上述部分问题，本发明提供了一种面向多跳认知无线电网络的可靠数据传输 方法；
[0005] 所述方法包括以下步骤：
[0006] S100、计算当前数据包发送节点i的下一跳候选转发节点集合F1，并确定集合F1* 节点的优先转发次序；
[0007] S200、基于步骤S100,所述节点i向所述集合Fi中每个节点广播数据包；
[0008] S300、传输所述数据包，并判断所述数据包是否发送成功。
【附图说明】
[0009] 图1为本发明一个实施例中基于0N/0FF模型PU信道的使用示例；
[0010]图2为本发明一个实施例中节点i的正向范围示例图；
[0011] 图3为本发明一个实施例中提出的面向多跳认知无线电网络的路由算法流程图；
[0012] 图4为本发明一个实施例中具有三个候选节点情况下，每个候选节点单跳时延的 计算方法不例图；
[0013] 图5为本发明一个实施例中计算正向集合C冲节点权重的流程图；
[0014]图6为本发明一个实施例中计算有序的候选转发节点F1的流程图。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图和具体的实施例对本发明进行进一步的说明：
[0016] 在一个实施例中，本发明公开了一种面向多跳认知无线电网络的可靠数据方法，
[0017] 所述方法包括以下步骤：
[0018] S100、计算当前数据包发送节点i的下一跳候选转发节点集合F1，并确定集合F1* 节点的优先转发次序；
[0019] S200、基于步骤S100,所述节点i向所述集合Fi中每个节点广播数据包；
[0020] S300、传输所述数据包，并判断所述数据包是否发送成功。
[0021] 本实施例所述的方法在多跳认知无线电网络中，将端到端的传输时延和数据包递 交率（即端到端的Q0S约束)划分为单跳传输时延和数据包递交率约束，提出数据包单跳有 效前进速率和节点可靠性概念，用于保证数据的可靠传输。所述方法综合了考虑数据包单 跳有效前进速率和节点可靠性进行路由选择。
[0022]在多跳认知无线电网络中，为保证数据的可靠传输，路由协议应保证数据包在端 到端间的传输具有一定的服务质量(Quality of Service，QoS)。端到端的QoS约束主要指 对端到端传输时延和数据包递交率的约束。由于源节点与目的节点之间不存在固定的端到 端链路，网络拓扑具有不稳定性，并且节点通信过程中易受到主用户活动和所在位置的影 响，节点间通信信道状况不稳定，导致很难同时保证数据包端到端的传输时延和递交率一 定满足QoS约束。因此，用"软QoS"代替QoS。软QoS是指以一定的概率p满足QoS约束，即以一 定的概率p同时满足端到端的传输时延和数据包递交率约束。
[0023]在一个实施例中，所述步骤SlOO具体包括以下步骤，
[0024] S101:判断目的节点D是否在当前数据包发送节点i的通信范围之内，若是，则节点 i直接将数据包发送给目的节点D;否则，执行步骤S102;
[0025] S102:所述节点i通过公共控制信道向正向节点集合C1中的节点发送路由请求包；
[0026] S103:所述集合Ci中的节点在收到路由请求包后，各自向节点i发送路由响应包；
[0027] S10 4:节点i根据收到的路由响应包中获得的节点信息计算下一跳候选转发节点 集合Fi，并确定集合Fi中节点的优先转发次序。
[0028]在本实施例中，所述路由请求包包括发送节点ID和目的节点ID，例如当前发送节 点ID为5，目的节点ID为16，则路由请求包为(5，16)。所述路由响应包的内容包括发送节点 ID，目的节点ID，节点ID，是否空闲，空闲信道列表。所述节点信息即路由响应包中的节点信 息，主要包括节点的可靠性和单跳有效前进速率。
[0029]本实施例所述的通信范围是适用于短距离无线通信接口的概念；例如，蓝牙和 wifi都具有一定的通信范围，10米或者100米。因此本实施例中的通信范围是指以当前节点 i为圆心以常数R为半径的圆形区域;如图2所示。
[0030] 在一个实施例中，所述步骤S200具体为:根据所述的路由响应包，计算节点i与集 合?1中每个节点j的可用信道集合CH(i，j)，然后节点i通过可用信道集合CH(i，j)中可靠性 最高的信道向F 1中每个节点广播数据包。
[0031] 在本实施例中，所述网络中由于主用户所在位置不同，每个节点受主用户活动的 影响不同，每个节点可用信道的可靠性存在明显差异。信道受主用户活动的影响越小、信道 的利用率越低，所述信道的可靠性就越高。所述节点的可靠性是指该节点所有可用信道可 靠性的平均值。通过以上分析可知，所述方法选择可靠性较高的节点作为转发节点，能够有 效降低信道切换次数和丢包率，从而保证数据包递交率。
[0032]在一个实施例中，所述S300具体包括以下步骤，
[0033] S301:所述数据包中的数据在信道传输时，若检测到PU活动，则将通信信道切换至 CH( i，j)中可靠性次优的信道进行传输；
[0034] S302:若节点i接收到某个下一跳候选转发节点反馈成功接收到数据的ACK，则数 据包发送成功;否则，节点i重传数据包。
[0035] 在本实施例中，对每个候选转发节点来说，如果正确收到数据包，则根据自身优先 权设定一个计时器。节点的优先权越高，计时长度越短。若在计时结束前，正确接收到数据 包，则在计时结束时该候选节点通过公共控制信道向节点i和其他候选节点发送ACK，声明 该候选节点已成功接收到数据包，则该候选节点成为该跳实际转发节点。其他候选节点收 到ACK后，将取消计时，同时不再对该数据包进行转发。若计时结束时，仍没收到数据包，则 认为该候选节点未收到数据包，即不能进行数据转发。如果所有候选节点都未收到数据包， 则节点i对该数据包进行重传。
[0036]在一个实施例中，步骤S102中所述的正向节点集合Ci的计算包括以下步骤，
[0037] S1021:取出当前数据包发送节点i的邻居节点集合化中的一个节点，根据节点的 地理位置信息，计算该节点的方向角Θ;
[0038] S1022:判断所述方向角Θ是否属于(〇，jt/2)，如果是，则转向则S10221;否则，转向 S10222；
[0039] S10221、将该节点添加到正向节点集合Ci中；
[0040] S10222、转向下一个节点，并重新执行步骤S1021。
[0041]在本实施例中，所述路由算法在转发节点选择时，节点只向位于该节点到目的节 点正方向范围内的邻居节点集合C1广播路由请求分组，并通过节点的路由应答分组计算从 当前节点到集合(^中每个节点的有效前进速率。
[0042]在一个实施例