【技术实现步骤摘要】
基于定向天线的认知无线传感器网络QoS保障机会路由方法
本专利技术涉及一种认知无线传感器网络QoS保障机会路由机制，属于定向天线与认知无线传感器网络路由结合的领域。
技术介绍
现有的无线传感器网络大都工作在无需授权的ISM频段，但是随着新一代无线设备的普及，这些公用的未授权频段变得日益拥挤。为缓解上述问题，能够实现动态频谱接入的CRSN(CognitiveRadioSensorNetworks，认知无线传感器网络)应运而生。在CRSN中，只要不干扰PU(PrimaryUser，主用户)通信，传感器节点便可以机会地占用这些空闲的授权频谱(信道)。一旦PU信号返回，节点需立即撤离该频段，并寻找新的频谱接入机会。在这种可用频谱受限的环境中，节点之间数据传输的稳定性难以得到保证，如何进行网络层设计来满足上层应用的QoS需求，受到越来越多的关注。认知无线传感器网络路由机制的设计通常需要将传输信道的选择与转发节点的选择联合起来考虑，以减小可用信道动态变化对传输性能的不利影响。但是，目前这方面的研究工作大多基于：(1)机会式频谱接入，即当PU不活动时伺机接入授权信道，从时间域上...
【技术保护点】
1.一种基于定向天线的认知无线传感器网络QoS保障机会路由方法，其特征在于包括如下步骤：步骤(1)：通过分析定向天线调节对认知无线网络环境中节点接入授权频谱、路由节点选择的影响，建立包括天线模型与网络模型的系统模型；步骤(2)：在步骤(1)的基础上，建立定向天线调节与认知机会路由设计的联合优化数学模型，将联合优化问题进一步分解为扇区和信道选择，以及候选转发节点列表创建这两个阶段，并建立对应的优化模型；步骤(3)：采用步骤(2)建立的候选转发节点列表进行路由选择。
【技术特征摘要】
1.一种基于定向天线的认知无线传感器网络QoS保障机会路由方法，其特征在于包括如下步骤：步骤(1)：通过分析定向天线调节对认知无线网络环境中节点接入授权频谱、路由节点选择的影响，建立包括天线模型与网络模型的系统模型；步骤(2)：在步骤(1)的基础上，建立定向天线调节与认知机会路由设计的联合优化数学模型，将联合优化问题进一步分解为扇区和信道选择，以及候选转发节点列表创建这两个阶段，并建立对应的优化模型；步骤(3)：采用步骤(2)建立的候选转发节点列表进行路由选择。2.根据权利要求1所述的基于定向天线的认知无线传感器网络QoS保障机会路由方法，其特征在于，步骤(1)中建立所述天线模型具体包括：其中，Pr表示节点的接收功率，Pt表示进行信号传输的固定功率，Gt、Gr分别表示发射机和接收机的天线增益，l表示两节点之间的距离，α为路径损耗指数，ω为均值为零和标准偏差为σ的对数正态随机变量；对于波束宽度为θ的定向天线，其发射或接收信号的增益G＝2π/θ，0≤θ≤2π，当采用定向发射、全向接收时，即Gt＝G，Gr＝1时，信号的传输距离r为公式(2)所示，相应地，信号覆盖面积S为公式(3)所示：其中，Δ代表两节点之间的功率衰减，Δ＝Pt/Pr，Δt表示给定的功率衰减阈值，当α、ω、Δt一定时，波束宽度θ越小，天线增益G越大，传输距离越远，信号覆盖面积越小。3.根据权利要求1所述的基于定向天线的认知无线传感器网络QoS保障机会路由方法，其特征在于，步骤(1)中建立所述网络模型具体为：将每一个数据信道中PU的占用时间假设为服从指数分布的ON/OFF随机过程：设ON状态表示信道被PU占用，OFF状态表示信道空闲，用均值分别为zm和um的指数型变量来描述信道m处于ON、OFF状态的持续时间，m∈M，M代表一组数据信道，则信道m占用或空闲的概率表示为：将PU活动模型扩展到每一个扇区，用表示节点vi在方向为波束宽度为θ的天线扇区上检测到信道m可用的概率。4.根据权利要求1所述的基于定向天线的认知无线传感器网络QoS保障机会路由方法，其特征在于，步骤(2)所述的建立定向天线调节与认知机会路由设计的联合优化数学模型，具体为涉及定向天线参数调节、数据信道选择和候选转发节点列表创建的联合优化问题，具体为：设Ti、Ri表示对节点vi单跳转发的本地延迟和可靠性要求，表示节点vi在方向为波束宽度为θ的扇区上的定向邻居节点集合，候选转发节点列表表示节点vi在相应扇区和信道m上的一组有序...
【专利技术属性】
技术研发人员：白光伟，王露，沈航，李灵俐，周凌宇，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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