认知无线Mesh网络负载均衡组播路由研究

Cognitive wireless mesh networks (CWMN) are wireless mesh network which integrates the cognitive radio technologies. With the development of the wireless multicast application,such as streaming media, how to use these unused spectrums(channels) in CWMN improve network thuoughput, quality of service, is currently in the early stages of the study. The channels have multiple heterogeneous due to the different of node location ,different spectrum usage mode of primary users, difference of the channel itself, which caused load imbalance problem. Howerver,at present very few attempts have been made to investigate this problems.The project start with channel multiple heterogeneous, is moivated to further research load balancing multicast routing problems, which include heterogeneous channel characteristics modeling, load balancing and link quality assessment, load balancing fuzzy recognition multicast routing metric in CWMN.The main research contents include: the heterogeneous channel usage characteristics model based on Hidden Markov Model(HMM). the load balancing and link quality assessment methods based on fuzzy set theory, the multicast routing metrics based on load balancing fuzzy recognition, the load balancing multicast routing algorithms and mechanisms with QoS constraints.The research work will be verified and improveed through simulation and experiment. Through the research, it can to improve network throughput, and quality of service of wireless multicast streaming, which has a very important significance.

认知无线Mesh网络(CWMN)是结合认知无线电技术的无线Mesh网络，随着流媒体等无线组播业务的增多，如何利用CWMN中的频谱空穴提高网络吞吐量、服务质量，目前处于研究的初期阶段。由于节点位置、主用户使用信道的方式、各信道本身的差异，带来的信道多重异构性，引发的负载不均衡问题还未引起研究人员的关注。本项目将从信道的多重异构性入手，对CWMN负载均衡组播路由中涉及到的异构信道使用特性建模、负载均衡与链路质量评估、负载均衡模糊识别的组播路由度量等关键内容进行深入研究。主要研究内容包括：基于HMM的异构信道使用特性模型、基于模糊集理论的负载均衡及链路质量评估方法、基于负载均衡模糊识别的组播路由度量指标、满足QoS 约束的负载均衡组播路由算法和机制。研究工作通过模拟仿真进行验证与改进。通过课题的研究，对提高网络吞吐量，改善流媒体等无线组播的服务质量，具有十分重要的意义。

认知无线Mesh网络（Cognitive Wireless Mesh Networks，CWMNs）通过认知无线电（Cognitive Radio，CR）能够感知主用户(Primary Users, PUs)未使用的频谱，在不影响PU正常通信的情况下动态地接入到这些频谱空穴，一方面缓解频谱紧张的现状，另一方面提高频谱利用率和网络吞吐量。路由是CWMNs重要的相关技术之一，是直接影响网络吞吐量、端到端延迟、服务质量的重要因素之一。本课题以负载均衡、高吞吐量路由算法为驱动目标，从多速率的负载均衡、安全高吞吐量路由、多路径路由、权值感知的路由、考虑资源节约的多目标路由、联合功率控制的降低端到端路径中断概率与延长网络生存时间的路由、高可靠与低延迟路由等角度展开研究，取得的主要研究成果包括以下几个方面： .1）针对组播树中各节点和信道负载的不均衡问题，提出了一种多速率的负载均衡无线链路权值函数及计算算法，提出了一种以均衡化网络负载为目标的负载均衡的组播路由、频谱分配与速率分配算法。.2）针对网络中存在黑洞、灰洞、虫洞等攻击问题，提出了能够抵御洞攻击的高吞吐量单播路由判据和路由协议，提出了一种综合考虑链路安全、链路冲突、链路可靠度与链路可用带宽的路由判据。. 3）针对节点退出正在使用的授权信道，导致链路失效的问题，提出了以提高无线业务接受率为目标的多路径单播路由算法。.4）针对各节点之间信道干扰、以及考虑无线组播业务之间的影响及差异，提出了无线组播业务权重感知的无线链路权值计算算法。.5）针对同时考虑资源节约和干扰的问题，建立了多目标优化的组播路由与频谱分配模型，提出了一种以最小化资源消耗与最小化信道冲突值为目标的基于粒子群优化算法的问题求解框架。. 6）针对某一链路的 SINR 低于门限值时，将导致端到端路径中断的问题，以最小化路径的中断概率为目标，提出了基于遗传算法的联合功率控制的路由与频谱分配算法。.7）针对次用户节点对主用户干扰功率过高，以及次用户节点能量过早耗尽的问题，以最小化次用户对主用户的干扰功率与延长网络生存时间为目标，提出了基于粒子群优化算法的联合功率控制的路由与频谱分配算法。.8）针对信道之间的差异，不同信道具有不同信道使用概率、信道稳定度，信道延迟的问题，提出了一种基于动态规划的以高可靠与低延迟为目标的分布式路由与频谱分配算法。