认知Ad Hoc网络中动态拓扑管理与路由技术研究

Cognitive radio ad hoc networks (CRAHNs) can dynamically utilize the spectrum without dependence on infrastructures and may be well applied in personal communications,emergency communications,wireless sensor networks and military communications. This project focuses on the key technologies in the distributed cooperation of CRAHNs incuding topology managemnet and joint routing and channel allocation. Based on the analysis of the spectrum variation and the movement of the nodes in the networks, the soft-constraint affinity propagation based clustering algorithm will be explored and the re-cluster problem will also be researched. The stability model of the cognitive routing in CRAHNs will be constructed and stable routing algorithm will be proposed. Based on the robustness and flexibility of multipath routing, the maximal throughput multipath routing model in CRAHNs will be constructed and the searching algorithms for optimal and suboptimal algorithms will be explored. The research of this project will provide theoretical and technological foundation for the application of CRAHNs.

认知Ad Hoc网络可以在不依赖基础设施的情况下实现频谱的动态、灵活使用，在个人通信、应急通信、传感器网络和军事通信等领域中具有广阔的应用前景。本项目主要研究认知Ad Hoc网络多跳分布式协作中的拓扑管理和路由、信道联合选择等关键技术。分析可用信道变化、节点移动等对网络拓扑的影响，提出基于软限制近邻传播模型的分簇算法，研究重新分簇的决策问题，提出完善的动态拓扑管理机制；研究在变化频谱环境下路由的稳定性模型，提出健壮路由算法；基于多径路由的健壮性、灵活性，研究认知Ad Hoc网络中多径路由的优化问题，提出最优多径路由的搜索算法和近似最优解搜索算法。本项目的研究将为推进认知Ad Hoc网络的应用提供理论和技术积累。

认知Ad Hoc网络可以在不依赖基础设施的情况下实现频谱的动态、灵活使用，在个人通信、应急通信、传感器网络和军事通信等领域中具有广阔的应用前景。本项目对认知Ad Hoc网络分布式频谱优化利用中的关键技术展开了深入研究。分析了可用信道动态异构、节点移动等对认知Ad Hoc网络拓扑的影响，提出了基于软限制近邻传播模型的组移动认知Ad Hoc网络健壮分簇算法，仿真表明算法生成的数量较少，簇结构稳定性更好；针对认知Ad Hoc网络中健壮路由设计问题，定义了衡量路由选择对周围链路影响的干扰因子，提出了按需健壮路由发现算法和基于最小干扰的健壮路由、信道联合选择算法，为当前路由请求提供了可靠的吞吐量保证，也提高了网络中多条路由的平均吞吐量；研究利用多径路由技术的灵活性、健壮性为认知Ad Hoc网络提供最大端到端吞吐量，将路由、信道联合选择建模为复合整数规划问题，给出了基于回溯法的最优解搜索算法和多项式复杂度的启发式算法，为多跳通信提供了端到端最大吞吐量的可靠保证；针对研究过程中遇到的频谱机会信息获取和频谱决策等新问题展开了扩展研究，提出了联合频谱数据库和频谱感知的频谱机会信息获取机制与算法，设计了基于进化多目标优化匹配的频谱决策算法。本项目研究始终坚持针对认知Ad Hoc网络动态异构的可用信道情况以及分布式网络架构等特征进行优化设计，提高了提出的机制与算法的适用性，为推进认知Ad Hoc网络的研究应用提供了基础。同时，项目中针对路由优化问题提出的最优解搜索算法和近似解计算方法，对于求解类似的整数规划问题也有一定的借鉴意义。