丁幸華外文翻譯

1、杭州電子科技大學畢業(yè)設計（論文）外文文獻翻譯畢業(yè)設計（論文）題目多跳認知無線電網(wǎng)絡中的信道分配研究翻譯題目Joint On-demand Routing and Spectrum Assignmentin Cognitive Radio Networks學 院通信工程學院專 業(yè)通信工程姓 名丁幸華班 級10083413學 號10081321指導教師鄭長亮聯(lián)合按需路由和頻譜分配摘要在認知無線電網(wǎng)絡中,節(jié)點可以工作不同的頻段?，F(xiàn)有的路由方案幫助節(jié)點選擇頻段而不考慮頻段的轉換和內(nèi)部退避的影響。在本文中,我們提出一個結合按需路由和頻譜調(diào)度的方法。提出了一種節(jié)點分析模型來描述基于調(diào)度信道指配上的進步,減

2、少了內(nèi)部流干擾和頻繁的切換延遲。我們也使用一個隨需應變的交互獲得基于路由協(xié)議的累積延遲。仿真結果表明,相比其他方法,我們的協(xié)議擁有對多流環(huán)境更好的適應性和對派生路徑與低得多的累積延遲。索引詞認知無線網(wǎng)絡，頻譜分配，線程調(diào)度、路由選擇。介紹作為一個有前途的方法來解決稀缺的頻譜資源,認知無線電(CR)1提出了使未經(jīng)授權的用戶感知和智能訪問空閑的頻譜。在多跳認知無線電網(wǎng)絡(CRN),CR節(jié)點感覺得到可用的頻譜和頻帶,命名為Spectrum Opportunities(SOP)2,然后通過特定的方法從SOP中選擇一個不會相互干擾授權節(jié)點的候選路徑。多跳認知無線網(wǎng)CRN在路由方面的一些新挑戰(zhàn)首先,不像其

3、他無線網(wǎng)絡,CRN的拓撲結構將會改變在CR節(jié)點上的頻譜轉換進度,因此應該考慮路由的頻譜信息。在無線多路網(wǎng)絡中有提出過類似的方法,通過找到有效的路徑和信道分配來解決。一些方法2、6,7,提出了通過集中基礎設施來實現(xiàn)整體最優(yōu)網(wǎng)絡性能。然而,這些積極的方法不能部署在認知CRN,因為節(jié)點位置和頻譜分布很難獲得。其他方法4、5,14基于隨需應變地同時完成路由選擇和信道分配。在這些方法中,信道使用的信息通過按需路由的方式被散播出去。.其次,路由頻譜分配的評價指標仍然存在問題。5、14的作者認為,太多的信道切換會降低路由性能,并提出了避免信道切換。而作者在3,4聲稱可用的信道切換會找到最好的路線,并提出了在

4、一定的范圍選擇不同的信道,我們給這兩個相反的方法分別命名為“Switch-aware”5、14和“K-hop distinct”3,4。然而,這兩者都沒考慮信道切換導致的額外延遲。在15寫到,頻繁節(jié)點間的切換會帶來轉換延遲,例如,在頻譜范圍20MHz3GHz之間，10MHz的調(diào)諧延遲大約為10ms13。我們最初的動機是,路由的累積延遲將更加實際地評估路由在多跳CRN中的性能。在我們之前的工作8,提出過一個Spectrum-aware On-demand Routing Protocol頻譜意識按需協(xié)議(SORP)。在選擇路由時，信道間的切換延遲和信道內(nèi)部的退避路由延遲都被考慮在內(nèi)。在本文中,我

5、們進一步探討在CR節(jié)點上基于線程調(diào)度的信道分配的進展,發(fā)現(xiàn)在CRN端到端延遲中排隊延遲扮演一個重要的角色。我們結合路由和頻譜分配,提出了一種延遲動機的按需路由協(xié)議Delay motivated On-demand Routing Protocol(DORP)。這個仿真聯(lián)合方法可以獲得一個最優(yōu)頻率帶轉換決定然后選擇有效的路線。結果表明DORP優(yōu)于當前類似的路由方法。本文的貢獻包括:一個延遲被提出用于基礎指標評估候選路由的有效性。它比3-5,14主觀指標更可衡量的和實際。一個節(jié)點被提出用于解析模型并描述調(diào)度基于信道指配進展。它能很好地適應環(huán)境的動態(tài)頻譜接入路由與多個流。聯(lián)合路由和頻譜分配的方法是提

6、出了在路由計算和頻帶選擇之間使排隊延遲，退避開銷和轉換損耗的性能更加平衡。節(jié)點分析模型最后一節(jié)所述的挑戰(zhàn)提出要關注認知無線網(wǎng)絡節(jié)點的特殊功能。他們不僅需要選擇多跳節(jié)點來轉送數(shù)據(jù)，還要切換到可用的頻帶中。在本部分中,我們介紹節(jié)點分析模型(NAM)選擇合適的頻段并確定轉換指令。假設為了確保路由協(xié)議消息能被無線網(wǎng)絡節(jié)點接受到而不考慮頻帶的不一致性，根據(jù)14中的建議，我們假設除了認知無線電收發(fā)機之外，每個節(jié)點都配備了傳統(tǒng)的無線接口。一個公共控制信道被這些傳統(tǒng)的接口建立以便所有Spectrum Opportunities (SOP)節(jié)點在網(wǎng)絡中能夠實現(xiàn)共享。雖然可能有其他方法諸如在所有頻帶內(nèi)廣播，但是用

7、現(xiàn)成的無線設備實現(xiàn)顯得更實用。此外,我們假設每個節(jié)點能夠提供路由模塊以其SOP信息。這可以通過應用跨層設計共享網(wǎng)絡層與MAC層之間的頻譜傳感結果來實現(xiàn)。B.節(jié)點之間的相互作用按需路由適用于多跳網(wǎng)絡。然而,認知無線電網(wǎng)絡節(jié)點采用這樣的協(xié)議并不知道彼此的SOP。為解決這一矛盾，我們用修改知名的按需路由協(xié)議AODV10來形成一個交互使網(wǎng)絡節(jié)點之間的SOP信道得以交換。在我們的協(xié)議中，消息在控制信道中被傳遞（已在II-A中假定），并且節(jié)點通過廣播一個裝載著SOP信息的路由請求（RREQ）來啟動路由發(fā)現(xiàn)程序。C.節(jié)點分析模型我們使用“節(jié)點分析模型”（NAM）來為節(jié)點分配譜帶。（圖1）借用標準的IP路由設

8、計思想，一個“基于頻率的分配器”（FC）在包分類器前被附上使用頻率分類使來自不同頻帶的流量信息能夠被收集。此外，一個“基于頻率的調(diào)度器”(FS)被放置在包調(diào)度器后通過適當?shù)念l帶傳遞流量信息。在FC中，當它通過節(jié)點時，傳入流被描述為2元組源端帶，終端帶表明這個頻帶是一個流請求。所有2-元組的并集被命名為一個節(jié)點設置的有源帶8。另一方面，F(xiàn)S會對通過流采取一定的調(diào)度策略，使流數(shù)據(jù)包通過適當?shù)妮敵龆丝谟成涞较鄳念l段。誠如第一節(jié)所述，當他們改變頻段時節(jié)點產(chǎn)生切換延遲。此外，其他流的傳輸電流會帶來排隊時延，同時相同的頻帶上的鄰近節(jié)點也遇到隱藏終端和暴露終端的問題，導致退避延遲9。因此，節(jié)點分析模型中的

9、調(diào)度策略，以滿足所有的通過流，同時減輕三種延誤。圖2（a）示出了在現(xiàn)有的流量之間的輪詢調(diào)度策略。然而，越多的頻段流量m和流量n共同使用，越多的不必要的切換延遲將被扣除。因此，我們建議該節(jié)點的分析模型首先根據(jù)自己的頻段區(qū)分多個穿越流量，然后使那些可用的頻帶循環(huán)工作，并根據(jù)他們的流量IDS計劃輸出。認知無線電收發(fā)信機調(diào)諧到的頻帶一次輪詢周期內(nèi)，處理所有相關聯(lián)的流量（參見圖2（b）條）。D.摘要在本節(jié)中，我們提出在CRN節(jié)點的節(jié)點分析模型（NAM），并提出了節(jié)點SOP信息傳播的反應式路由協(xié)議下互動。NAM的自適應地選擇適當?shù)念l帶，其結果被路由消息夾帶出來。另一方面，路由消息帶來SOP的信息是在建立N

10、AM移動流量排隊系統(tǒng)的基礎上完成的。通過這種方式，沿該路徑的節(jié)點的延遲被收集和再利用作為反饋計算的路徑長的延遲。III。實現(xiàn)和分析我們實施建議計劃的協(xié)議，名為延遲動機按需路由協(xié)議（DROP）。它采用按需路由合作頻譜分配模塊，在基于累積延遲頻段選擇節(jié)點。節(jié)點上的擬定延遲1）修改的路由度量：根據(jù)8中，一個協(xié)議評估的路徑延遲的相互作用過程中，包括轉換器和路徑本身和它的交叉流量所造成的退避延遲。前者稱為路徑延遲（DP），取決于路徑上頻譜使用。后者被稱為節(jié)點的延遲（DN），這取決于頻帶和其他的交叉流的數(shù)量。不同于算法3，4或5，我們的協(xié)議應評估DP和DN的退避時延和切換時延，并從中累積延遲路由度量。該設

11、計方案是在每個傳輸流都處于同一優(yōu)先級的假設下提出的。我們定義的現(xiàn)有的一個節(jié)點流量所造成的延遲為：其中DswitchingDqueueing和Dbackoff分別為頻帶切換引起的延遲，其他流的傳輸和干擾的時延和頻帶內(nèi)的時延。從2元組現(xiàn)有的流量，我們可以推導出可用頻段集合Sm Bandi S (1 i M)，其中：Bandi < Bandi+1。我們進一步現(xiàn)有的移動流N中得到可用的頻段集合Sn flowi = srci, desti(1 i N).從一個頻段切換到另一個的導致非零延遲，這取決于兩個頻帶之間的差異。一般情況下，在20MHz到3GHz的頻譜范圍內(nèi)調(diào)諧延遲可能為每10MHz 10m

12、s13。因此，我們假設兩個頻帶間的切換延遲為：Di,j = k |Bandi Bandj |,因此在我們的調(diào)度方案，其中k是一個正的常數(shù)（13中建議）。注意輪詢周期結束時，節(jié)點要從BandM調(diào)整Band1，產(chǎn)生D（M,1）的時延。另一方面，當節(jié)點們爭奪頻譜資源時，它們開始進入退避過程，同時帶來退避時延。如果我們得到每個Band上進行資源爭奪的節(jié)點的數(shù)量，那么，對于flow(n0),在Bandi上的排隊時延和退避時延可以描述為：其中Pn表示Flown中包的大小，Bi是Bandi的帶寬，pc表示一個爭先節(jié)點可能經(jīng)歷的沖突數(shù)，W0表示最小競爭窗口的大小。從（1）（2）（3）（4）中可以看出，為數(shù)據(jù)流

13、分配一個新的可用頻帶導致較大的M值并增加交換量。另一方面，讓數(shù)據(jù)流使用現(xiàn)有可用頻段Bandi增加Numi，從產(chǎn)生更大的Dqueueing和Dbackoff。B.按需路由協(xié)議的延遲動機我們的協(xié)議繼承AODV的基礎規(guī)程，其RREQ進程和RREP進程相互作用為路由上的每一個節(jié)點建立一個閉環(huán)。在圖3中，RREQ攜帶SOP（節(jié)點1，節(jié)點2）連同RREP含有備選節(jié)點（節(jié)點4）在節(jié)點3中形成一個封閉的回路，并提供全路徑信息。我們的規(guī)程如下：路由發(fā)現(xiàn)：3，4提出，源節(jié)點優(yōu)先分配信道。然而，也就是在這種假設下在網(wǎng)絡中的所有節(jié)點具有相同的Spectrum Opportunities（SOP），這在認知無線網(wǎng)絡中不

14、適用。在我們的協(xié)議中，SOP信息被RREQ消息攜帶，當且僅當節(jié)點的SOP和RREQ的SOP存在交叉點時才會被轉發(fā)。以這種方式，RREQ通過路由到達目的地在空間和頻譜上都是可行的。路由應答：一旦RREQ消息被接收時，目標節(jié)點知道沿線的所有節(jié)點的SOP分布，然后給它的認知無線電收發(fā)器分配一個頻帶（見算法1）。之后，它發(fā)送一個路由回復（RREP）給信息源，將剛分配的頻帶封裝到一個列表中。如果中間節(jié)點收到RREP，它在列表中提取選擇的頻帶，以及從先前收到的RREQ的SOP信息，并分配一個合適的頻帶（見算法2）。最后，該節(jié)點通過它的認知無線電收發(fā)器建立到目的地的路徑，并產(chǎn)生新的RREP消息。C.誠如在第

15、三節(jié)A.1所述路徑的累積延遲基于頻段選擇，DP和DN的指標納入我們的按需路由協(xié)議。如果節(jié)點i知道每個到目的地沿途節(jié)點的頻帶選擇，因此它知道在頻帶X上是否有hX個連續(xù)節(jié)點。.假設在節(jié)點m和目的地之間總共有H個跳數(shù)，我們有其中當我們得到退避延遲時，由于通過流量的影響已經(jīng)用DN表示，我們只考慮路徑上的節(jié)點。節(jié)點間的結構與拓撲鏈類似，因此我們采用11中等同非隨機帶寬的思路和推導來獲得路徑上退避延遲。使Po作為一個節(jié)點觀察其信道有效的可能性，Pa作為A節(jié)點觀察其信道有效且其鄰節(jié)點B觀察通道有效的可能性，Pc作為A節(jié)點觀察通道有效且B無效的可能性。然后我們得到的Dbackoff如下：其中，P是數(shù)據(jù)包的大小

16、，B是電流頻帶帶寬還有換句話說，DN就是一個Droute路徑累積延遲的附加值，可以表示為：通過(5)(6)(7)(9)，我們可以得到沿著一條路徑上的累積延遲：節(jié)點m的分配相應的頻帶，讓Droute，m達到最低，使得全路經(jīng)的累積延遲最小化。D.總結和討論提出按需路由與節(jié)點的頻譜分配模塊配合，執(zhí)行基于頻帶選擇的路徑累積延遲。這既減輕了遍歷的路徑上的流量的影響，并同時顧及到轉換延遲和退避延遲，并用最小Droute,m選擇合適的頻帶。四。仿真及評估我們在GloMoSim 16 中進行模擬實驗，為我們的延遲動機按需路由協(xié)議（DORP）性能定量。多達100個節(jié)點隨機分布在一個1800m x 1800m的區(qū)

17、域內(nèi)，同時我們將無線范圍設置為典型的2.4GHz無線電配置的372.214 m。評價拓撲結構如圖4所示。我們讓每個節(jié)點的頻譜機會（SOP）在20MHz2.4GHz的范圍內(nèi)隨機變化，并使可用頻段的數(shù)目從2到8之間變化，來模擬節(jié)點之間SOP的不一致性。除了8提出的SORP，我們已執(zhí)行5，14，4中的方案，分別稱作Switch-aware 和K-hop distinct。A.不同頻譜分布的適應性首先，為了說明的四種方案對不同的頻譜分布和傳輸性能的適應性，我們引入度量頻譜分布的稀疏性（SSD）8，它描述了在SOP集的兩個連續(xù)的頻帶之間的平均差異。很顯然，更高的SSD會導致更高的轉換成本。在測試的拓撲結

18、構（圖4）中，源節(jié)點在左上角，目的地在右下角。我們使用節(jié)點對從S1-D1到S7-D7來模擬現(xiàn)有流量遍歷候選路線。每間隔0.1秒我們從源到目的地發(fā)送一個CBR流量含有10000個大小為512字節(jié)的數(shù)據(jù)包。圖5（a）示出了仿真結果。在Switch-aware 方案中累積延遲保持在一定的水平。然而，在K-hop distinct 方案中，當SSD達到500MHz以上時，由于 切換延遲的 增加 ，累計延遲急劇上升。SORP計劃共同考慮了 退避延遲和切換延遲，累計產(chǎn)生的延遲是相當?shù)偷模獶ORP是唯一計劃要考慮相交節(jié)點的排隊時延的，從而得到最低的累積延遲，特別是在有多個數(shù)據(jù)流時。請注意，當SSD很小時，

19、它更可能是一個單一信道的無線網(wǎng)絡，因此方案中的累積延遲是相對的，如圖5（a）所示。B.在交叉流量上的性能我們通過從1到7調(diào)整交叉流量的數(shù)量來評估各項指標在交叉流量上的性能，結果如圖5（b)所示。在Switch-aware 方案中，由于交叉流量數(shù)的上升路徑面臨退避延遲的增加，從而累積延遲急劇上升。對于K-hop distinct方案，路徑同時利用多個頻帶，但拒絕退避在同一頻段上，因此導致更多的波段切換和較高的累積延遲。雖然SORP考慮了路徑和節(jié)點的退避和轉換消耗，但排隊時延隨交叉流量的增加而增加。由于DORP已考慮兩個路徑延遲和節(jié)點延遲（第三節(jié)A.1），交叉節(jié)點的排隊狀態(tài)已經(jīng)被充分建模和考慮。當

20、流的數(shù)量增長時，需要在為實現(xiàn)同步傳輸而分配新頻帶和為避免昂貴的切換而在一個頻帶上調(diào)節(jié)某些節(jié)點中尋求一個平衡，從而實現(xiàn)整體最佳的累積延遲，當交叉流量增加時該方案會比其他兩個更加平滑地改變。由于DORP已考慮兩個路徑延遲和節(jié)點延遲（第三節(jié)A.1），交叉 節(jié)點 排隊狀態(tài) 徹底建模和考慮。當 流的數(shù)量的增長，這要求分配新的頻段，以允許同時發(fā)送和容納在一個頻段上的一些節(jié)點，以避免昂貴的開關之間的平衡，從而實現(xiàn)整體最佳的累積延遲，這會改變更為順利地比其他兩個作為交叉流的數(shù)目的增長。C.頻帶切換的數(shù)量圖5（c）表示三種方案之間在路徑上需要多少頻帶切換的比較。我們讓路徑長度在4跳到15跳之間變化，結果表明，與

21、SORP相似，DORP方案在Switch-aware 和K-hop distinct之間做一個折衷。DORP通過估算累積延遲來決定每一跳是否切換頻帶。五， 結論我們提出了一個在認知無線電網(wǎng)絡上進行路由和頻譜分配的按需路由協(xié)議。我們還提出了 一種新穎的節(jié)點分析模型，該模型減輕現(xiàn)有的流量在路徑上的副作用，包括切換延遲， 排隊延遲和退避延遲。我們通過路徑延遲和節(jié)點延遲得出在一條路徑上的累積延遲。在充分考慮通過認知無線網(wǎng)絡中進行多跳傳輸?shù)乃锌赡艿难舆t情況下，我們開發(fā)了頻譜分配的指標和機制。我們通過全面的仿真驗證協(xié)議的有效性，并發(fā)現(xiàn)，該協(xié)議在頻譜分配多變和相交流眾多的環(huán)境中都提供了良好的性能和適應性。

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