丁幸华外文翻译

1、杭州电子科技大学毕业设计（论文）外文文献翻译毕业设计（论文）题目多跳认知无线电网络中的信道分配研究翻译题目Joint On-demand Routing and Spectrum Assignmentin Cognitive Radio Networks学 院通信工程学院专 业通信工程姓 名丁幸华班 级10083413学 号10081321指导教师郑长亮联合按需路由和频谱分配摘要在认知无线电网络中,节点可以工作不同的频段。现有的路由方案帮助节点选择频段而不考虑频段的转换和内部退避的影响。在本文中,我们提出一个结合按需路由和频谱调度的方法。提出了一种节点分析模型来描述基于调度信道指配上的进步,减

2、少了内部流干扰和频繁的切换延迟。我们也使用一个随需应变的交互获得基于路由协议的累积延迟。仿真结果表明,相比其他方法,我们的协议拥有对多流环境更好的适应性和对派生路径与低得多的累积延迟。索引词认知无线网络，频谱分配，线程调度、路由选择。介绍作为一个有前途的方法来解决稀缺的频谱资源,认知无线电(CR)1提出了使未经授权的用户感知和智能访问空闲的频谱。在多跳认知无线电网络(CRN),CR节点感觉得到可用的频谱和频带,命名为Spectrum Opportunities(SOP)2,然后通过特定的方法从SOP中选择一个不会相互干扰授权节点的候选路径。多跳认知无线网CRN在路由方面的一些新挑战首先,不像其

3、他无线网络,CRN的拓扑结构将会改变在CR节点上的频谱转换进度,因此应该考虑路由的频谱信息。在无线多路网络中有提出过类似的方法,通过找到有效的路径和信道分配来解决。一些方法2、6,7,提出了通过集中基础设施来实现整体最优网络性能。然而,这些积极的方法不能部署在认知CRN,因为节点位置和频谱分布很难获得。其他方法4、5,14基于随需应变地同时完成路由选择和信道分配。在这些方法中,信道使用的信息通过按需路由的方式被散播出去。.其次,路由频谱分配的评价指标仍然存在问题。5、14的作者认为,太多的信道切换会降低路由性能,并提出了避免信道切换。而作者在3,4声称可用的信道切换会找到最好的路线,并提出了在

4、一定的范围选择不同的信道,我们给这两个相反的方法分别命名为“Switch-aware”5、14和“K-hop distinct”3,4。然而,这两者都没考虑信道切换导致的额外延迟。在15写到,频繁节点间的切换会带来转换延迟,例如,在频谱范围20MHz3GHz之间，10MHz的调谐延迟大约为10ms13。我们最初的动机是,路由的累积延迟将更加实际地评估路由在多跳CRN中的性能。在我们之前的工作8,提出过一个Spectrum-aware On-demand Routing Protocol频谱意识按需协议(SORP)。在选择路由时，信道间的切换延迟和信道内部的退避路由延迟都被考虑在内。在本文中,我

5、们进一步探讨在CR节点上基于线程调度的信道分配的进展,发现在CRN端到端延迟中排队延迟扮演一个重要的角色。我们结合路由和频谱分配,提出了一种延迟动机的按需路由协议Delay motivated On-demand Routing Protocol(DORP)。这个仿真联合方法可以获得一个最优频率带转换决定然后选择有效的路线。结果表明DORP优于当前类似的路由方法。本文的贡献包括:一个延迟被提出用于基础指标评估候选路由的有效性。它比3-5,14主观指标更可衡量的和实际。一个节点被提出用于解析模型并描述调度基于信道指配进展。它能很好地适应环境的动态频谱接入路由与多个流。联合路由和频谱分配的方法是提

6、出了在路由计算和频带选择之间使排队延迟，退避开销和转换损耗的性能更加平衡。节点分析模型最后一节所述的挑战提出要关注认知无线网络节点的特殊功能。他们不仅需要选择多跳节点来转送数据，还要切换到可用的频带中。在本部分中,我们介绍节点分析模型(NAM)选择合适的频段并确定转换指令。假设为了确保路由协议消息能被无线网络节点接受到而不考虑频带的不一致性，根据14中的建议，我们假设除了认知无线电收发机之外，每个节点都配备了传统的无线接口。一个公共控制信道被这些传统的接口建立以便所有Spectrum Opportunities (SOP)节点在网络中能够实现共享。虽然可能有其他方法诸如在所有频带内广播，但是用

7、现成的无线设备实现显得更实用。此外,我们假设每个节点能够提供路由模块以其SOP信息。这可以通过应用跨层设计共享网络层与MAC层之间的频谱传感结果来实现。B.节点之间的相互作用按需路由适用于多跳网络。然而,认知无线电网络节点采用这样的协议并不知道彼此的SOP。为解决这一矛盾，我们用修改知名的按需路由协议AODV10来形成一个交互使网络节点之间的SOP信道得以交换。在我们的协议中，消息在控制信道中被传递（已在II-A中假定），并且节点通过广播一个装载着SOP信息的路由请求（RREQ）来启动路由发现程序。C.节点分析模型我们使用“节点分析模型”（NAM）来为节点分配谱带。（图1）借用标准的IP路由设

8、计思想，一个“基于频率的分配器”（FC）在包分类器前被附上使用频率分类使来自不同频带的流量信息能够被收集。此外，一个“基于频率的调度器”(FS)被放置在包调度器后通过适当的频带传递流量信息。在FC中，当它通过节点时，传入流被描述为2元组源端带，终端带表明这个频带是一个流请求。所有2-元组的并集被命名为一个节点设置的有源带8。另一方面，FS会对通过流采取一定的调度策略，使流数据包通过适当的输出端口映射到相应的频段。诚如第一节所述，当他们改变频段时节点产生切换延迟。此外，其他流的传输电流会带来排队时延，同时相同的频带上的邻近节点也遇到隐藏终端和暴露终端的问题，导致退避延迟9。因此，节点分析模型中的

9、调度策略，以满足所有的通过流，同时减轻三种延误。图2（a）示出了在现有的流量之间的轮询调度策略。然而，越多的频段流量m和流量n共同使用，越多的不必要的切换延迟将被扣除。因此，我们建议该节点的分析模型首先根据自己的频段区分多个穿越流量，然后使那些可用的频带循环工作，并根据他们的流量IDS计划输出。认知无线电收发信机调谐到的频带一次轮询周期内，处理所有相关联的流量（参见图2（b）条）。D.摘要在本节中，我们提出在CRN节点的节点分析模型（NAM），并提出了节点SOP信息传播的反应式路由协议下互动。NAM的自适应地选择适当的频带，其结果被路由消息夹带出来。另一方面，路由消息带来SOP的信息是在建立N

10、AM移动流量排队系统的基础上完成的。通过这种方式，沿该路径的节点的延迟被收集和再利用作为反馈计算的路径长的延迟。III。实现和分析我们实施建议计划的协议，名为延迟动机按需路由协议（DROP）。它采用按需路由合作频谱分配模块，在基于累积延迟频段选择节点。节点上的拟定延迟1）修改的路由度量：根据8中，一个协议评估的路径延迟的相互作用过程中，包括转换器和路径本身和它的交叉流量所造成的退避延迟。前者称为路径延迟（DP），取决于路径上频谱使用。后者被称为节点的延迟（DN），这取决于频带和其他的交叉流的数量。不同于算法3，4或5，我们的协议应评估DP和DN的退避时延和切换时延，并从中累积延迟路由度量。该设

11、计方案是在每个传输流都处于同一优先级的假设下提出的。我们定义的现有的一个节点流量所造成的延迟为：其中DswitchingDqueueing和Dbackoff分别为频带切换引起的延迟，其他流的传输和干扰的时延和频带内的时延。从2元组现有的流量，我们可以推导出可用频段集合Sm Bandi S (1 i M)，其中：Bandi < Bandi+1。我们进一步现有的移动流N中得到可用的频段集合Sn flowi = srci, desti(1 i N).从一个频段切换到另一个的导致非零延迟，这取决于两个频带之间的差异。一般情况下，在20MHz到3GHz的频谱范围内调谐延迟可能为每10MHz 10m

12、s13。因此，我们假设两个频带间的切换延迟为：Di,j = k |Bandi Bandj |,因此在我们的调度方案，其中k是一个正的常数（13中建议）。注意轮询周期结束时，节点要从BandM调整Band1，产生D（M,1）的时延。另一方面，当节点们争夺频谱资源时，它们开始进入退避过程，同时带来退避时延。如果我们得到每个Band上进行资源争夺的节点的数量，那么，对于flow(n0),在Bandi上的排队时延和退避时延可以描述为：其中Pn表示Flown中包的大小，Bi是Bandi的带宽，pc表示一个争先节点可能经历的冲突数，W0表示最小竞争窗口的大小。从（1）（2）（3）（4）中可以看出，为数据流

13、分配一个新的可用频带导致较大的M值并增加交换量。另一方面，让数据流使用现有可用频段Bandi增加Numi，从产生更大的Dqueueing和Dbackoff。B.按需路由协议的延迟动机我们的协议继承AODV的基础规程，其RREQ进程和RREP进程相互作用为路由上的每一个节点建立一个闭环。在图3中，RREQ携带SOP（节点1，节点2）连同RREP含有备选节点（节点4）在节点3中形成一个封闭的回路，并提供全路径信息。我们的规程如下：路由发现：3，4提出，源节点优先分配信道。然而，也就是在这种假设下在网络中的所有节点具有相同的Spectrum Opportunities（SOP），这在认知无线网络中不

14、适用。在我们的协议中，SOP信息被RREQ消息携带，当且仅当节点的SOP和RREQ的SOP存在交叉点时才会被转发。以这种方式，RREQ通过路由到达目的地在空间和频谱上都是可行的。路由应答：一旦RREQ消息被接收时，目标节点知道沿线的所有节点的SOP分布，然后给它的认知无线电收发器分配一个频带（见算法1）。之后，它发送一个路由回复（RREP）给信息源，将刚分配的频带封装到一个列表中。如果中间节点收到RREP，它在列表中提取选择的频带，以及从先前收到的RREQ的SOP信息，并分配一个合适的频带（见算法2）。最后，该节点通过它的认知无线电收发器建立到目的地的路径，并产生新的RREP消息。C.诚如在第

15、三节A.1所述路径的累积延迟基于频段选择，DP和DN的指标纳入我们的按需路由协议。如果节点i知道每个到目的地沿途节点的频带选择，因此它知道在频带X上是否有hX个连续节点。.假设在节点m和目的地之间总共有H个跳数，我们有其中当我们得到退避延迟时，由于通过流量的影响已经用DN表示，我们只考虑路径上的节点。节点间的结构与拓扑链类似，因此我们采用11中等同非随机带宽的思路和推导来获得路径上退避延迟。使Po作为一个节点观察其信道有效的可能性，Pa作为A节点观察其信道有效且其邻节点B观察通道有效的可能性，Pc作为A节点观察通道有效且B无效的可能性。然后我们得到的Dbackoff如下：其中，P是数据包的大小

16、，B是电流频带带宽还有换句话说，DN就是一个Droute路径累积延迟的附加值，可以表示为：通过(5)(6)(7)(9)，我们可以得到沿着一条路径上的累积延迟：节点m的分配相应的频带，让Droute，m达到最低，使得全路经的累积延迟最小化。D.总结和讨论提出按需路由与节点的频谱分配模块配合，执行基于频带选择的路径累积延迟。这既减轻了遍历的路径上的流量的影响，并同时顾及到转换延迟和退避延迟，并用最小Droute,m选择合适的频带。四。仿真及评估我们在GloMoSim 16 中进行模拟实验，为我们的延迟动机按需路由协议（DORP）性能定量。多达100个节点随机分布在一个1800m x 1800m的区

17、域内，同时我们将无线范围设置为典型的2.4GHz无线电配置的372.214 m。评价拓扑结构如图4所示。我们让每个节点的频谱机会（SOP）在20MHz2.4GHz的范围内随机变化，并使可用频段的数目从2到8之间变化，来模拟节点之间SOP的不一致性。除了8提出的SORP，我们已执行5，14，4中的方案，分别称作Switch-aware 和K-hop distinct。A.不同频谱分布的适应性首先，为了说明的四种方案对不同的频谱分布和传输性能的适应性，我们引入度量频谱分布的稀疏性（SSD）8，它描述了在SOP集的两个连续的频带之间的平均差异。很显然，更高的SSD会导致更高的转换成本。在测试的拓扑结

18、构（图4）中，源节点在左上角，目的地在右下角。我们使用节点对从S1-D1到S7-D7来模拟现有流量遍历候选路线。每间隔0.1秒我们从源到目的地发送一个CBR流量含有10000个大小为512字节的数据包。图5（a）示出了仿真结果。在Switch-aware 方案中累积延迟保持在一定的水平。然而，在K-hop distinct 方案中，当SSD达到500MHz以上时，由于 切换延迟的 增加 ，累计延迟急剧上升。SORP计划共同考虑了 退避延迟和切换延迟，累计产生的延迟是相当低的，但DORP是唯一计划要考虑相交节点的排队时延的，从而得到最低的累积延迟，特别是在有多个数据流时。请注意，当SSD很小时，

19、它更可能是一个单一信道的无线网络，因此方案中的累积延迟是相对的，如图5（a）所示。B.在交叉流量上的性能我们通过从1到7调整交叉流量的数量来评估各项指标在交叉流量上的性能，结果如图5（b)所示。在Switch-aware 方案中，由于交叉流量数的上升路径面临退避延迟的增加，从而累积延迟急剧上升。对于K-hop distinct方案，路径同时利用多个频带，但拒绝退避在同一频段上，因此导致更多的波段切换和较高的累积延迟。虽然SORP考虑了路径和节点的退避和转换消耗，但排队时延随交叉流量的增加而增加。由于DORP已考虑两个路径延迟和节点延迟（第三节A.1），交叉节点的排队状态已经被充分建模和考虑。当

20、流的数量增长时，需要在为实现同步传输而分配新频带和为避免昂贵的切换而在一个频带上调节某些节点中寻求一个平衡，从而实现整体最佳的累积延迟，当交叉流量增加时该方案会比其他两个更加平滑地改变。由于DORP已考虑两个路径延迟和节点延迟（第三节A.1），交叉 节点 排队状态 彻底建模和考虑。当 流的数量的增长，这要求分配新的频段，以允许同时发送和容纳在一个频段上的一些节点，以避免昂贵的开关之间的平衡，从而实现整体最佳的累积延迟，这会改变更为顺利地比其他两个作为交叉流的数目的增长。C.频带切换的数量图5（c）表示三种方案之间在路径上需要多少频带切换的比较。我们让路径长度在4跳到15跳之间变化，结果表明，与

21、SORP相似，DORP方案在Switch-aware 和K-hop distinct之间做一个折衷。DORP通过估算累积延迟来决定每一跳是否切换频带。五， 结论我们提出了一个在认知无线电网络上进行路由和频谱分配的按需路由协议。我们还提出了 一种新颖的节点分析模型，该模型减轻现有的流量在路径上的副作用，包括切换延迟， 排队延迟和退避延迟。我们通过路径延迟和节点延迟得出在一条路径上的累积延迟。在充分考虑通过认知无线网络中进行多跳传输的所有可能的延迟情况下，我们开发了频谱分配的指标和机制。我们通过全面的仿真验证协议的有效性，并发现，该协议在频谱分配多变和相交流众多的环境中都提供了良好的性能和适应性。

22、参考文献1 Mitola, J., III, “Cognitive Radio: An Integrated Agent Architecture for Software Defined Radio,” Thesis (PhD), Dept. of Teleinformatics, Royal Institute of Technology (KTH), Stockholm, Sweden, 2000.2 C. Xin, B. Xie and Shen, “A Novel Layered Graph Model for Topology Formation and Routing in Dy

23、namic Spectrum Access Networks,” IEEE DySPAN, 2005.3 M. X. Gong, S. F. Midkiff and Shiwen Mao, “Design Principles for Distributed Channel Assignment in Wireless Ad Hoc Networks,” IEEE ICC, 2005.4 M. X. Gong and S. F. Midkiff, “Distributed Channel AssignmentProtocols: A Cross-Layer Approach,” IEEE WC

24、NC, 2005.5 J. So and N. Vaidya, “A Routing Protocol for Utilizing Multiple Channels in Multi-Hop Wireless Networks with a Single Transceiver,” UIUC Technical Report, 2004.6 Q. Wang and H. Zheng, “Route and Spectrum Selection in Dynamic Spectrum Networks,” IEEE CCNC, 2006.7 M. Alicherry, R.Bhatia, an

25、d L. Li, “Joint channel assignment and routing for throughput optimization in multi-radio wireless mesh networks,” ACM Mobicom, 2005.8 G. Cheng, W. Liu, Y. Li and W. Cheng, “Spectrum Aware On-demand Routing in Cognitive Radio Networks,” to appear in IEEE DySPAN 20079 IEEE Standard for Wireless LAN-Medium Access Control and Physical Layer Specification, P802.11, 1999.10 C. E. Perkins and E. M. Royer,