隨著無線通信技術的快速發展，有限的開放頻譜資源已經不能滿足日益增長的無線應用的需求了。與此同時，美國聯邦通信委員會在無線頻譜資源使用情況的分析報告中指出，授權頻譜的平均使用率在15%~85%[1]。為了解決這一問題，引入了Joseph Mitola博士提出的具有動態頻譜接入功能的認知無線電CR(Cognitive Radio)技術,該技術從頻譜再利用的角度出發，能夠有效地緩解頻譜分配不均的問題。認知無線Mesh網絡CogWMN(Cognitive Wireless Mesh Network)就是將認知無線電和寬帶無線Mesh網絡相結合的具有認知能力的新型寬帶無線網絡，該網絡有兩種用戶類型：主用戶PU(Primary Users),即具有頻譜資源使用權的用戶;次用戶SU(Second Users),即臨時使用授權頻譜資源的用戶[2]。目前針對CogWMN的研究主要集中在物理層和MAC層[3]，而對路由算法的研究正處于起步階段，研究成果并不多。
　現有的CogWMN路由協議主要都是在傳統的AODV等一些按需路由協議的基礎上進行改進。參考文獻[4]在AODV的基礎上提出了一種新型的認知mesh網路由協議，該算法引入了信道優先次序表CPL(Channel Priority List)，CPL中的信道是根據PU用戶對信道占用率的情況，從小到大進行排序，數據傳輸時優先使用表中的第一個信道，但是該協議在路由選取時，把每條路徑的傳輸時延作為路由選擇依據，缺乏對路由穩定性的考慮。參考文獻[5]以參考文獻[4]為基礎提出了一種穩定的路由選擇算法——RASR算法。該算法在考慮穩定性時將CPL的長度作為判定鏈路穩定的依據。但是該算法仍存在以下兩個問題：(1)RREQ包中存在冗余的字段；(2)在選擇路徑時，只把信道優先次序表CPL的長度作為鏈路穩定性的判定依據，認為CPL越長，可供切換的信道越多，鏈路就越穩定，沒有考慮CPL中每個信道的信道利用率對鏈路穩定性的影響。
    本文針對以上缺點提出了一種改進的路由算法——基于主用戶活躍度的路由算法RPA(Routing based on Primary-user Activity)，該算法減小了網絡中的控制開銷，提高了網絡中數據傳輸的成功率，減小了數據包平均端到端時延。
1 系統模型
    假設在CogWMN中有P個主用戶和S個次用戶，它們均是靜止的。P個主用戶代表有P個授權信道，每個次用戶配有一個用于傳輸控制信息的傳統收發機和兩個用于數據傳輸的可調收發機。傳統收發機工作在全局控制信道上，可調收發機工作在授權信道上。同時，在本文中假設每個次用戶能夠準確地感知到可用的授權信道[6]。


2.3 路由算法描述
2.3.1 路由發現    
    當節點開始發送數據時,若路由表中無有效路由，則通過全局控制信道廣播RREQ報文，其中RREQ包格式如圖2所示。當中間節點收到RREQ報文時，首先判斷是否是重復的RREQ報文,如果是,則丟棄;否則,提取RREQ中的SOP信道信息與本地節點的存儲的SOP信息相比，看是否存在公共的信道，如果沒有公共信道，則丟棄。如果有公共信道，則通過θn計算出CPL[3]，然后通過CPL根據式(5)和式(7)計算出參數T和參數L，并放入到新的RREQ包中，然后繼續轉發。2.3.2 路由回復
    目的節點D會收到多個來自不同路徑的RREQ包。為了對多條路徑進行篩選，當目的節點收到第一個RREQ包時啟動定時器T；當定時器超時之后，通過式(9)選擇一條RM大的路由，回復RREP報文。
2.3.3 路由維護
    路由維護算法與RASR的路由維護算法一致，在此不再一一贅述。
3 仿真結果
3.1仿真參數
    為驗證算法性能，在網絡工具OPNET[8]上，對RASR算法和新提出的RPA算法進行了性能比較。其仿真參數如表1所示。

3.2 仿真結果及分析
    圖3是在PU活動概率不同的情況下，RASR算法與RPA算法數據分組傳輸成功率的比較。與RASR算法相比，RPA算法具有更大的數據分組傳輸成功率。這是由于RPA算法在路徑選擇時考慮了PU用戶對信道的利用率，從而RPA算法選擇的路徑要比RASR算法穩定一些，進而減小了鏈路中斷的可能性，增加了數據分組傳遞的成功率。由于鏈路中斷的可能性減小，路由修復的次數也就減少，從而數據包能及時到達目的節點，如圖4所示，與RASR算法相比RPA算法的平均端到端時延會減小。

　圖5是在PU個數不同的情況下，RASR算法與RPA算法控制開銷的比較。由圖5可見，與RASR算法相比，RPA算法具有更低的網絡控制開銷。這歸功于RREQ包長度的減少。
    本文針對RASR路由算法存在冗余的控制開銷以及選路時未考慮PU對信道利用率而導致路徑不穩定的問題，提出了RPA路由算法，通過捎帶式發布鏈路狀態信息和根據主用戶信道利用率選路機制解決了以上問題。理論分析和仿真結果表明RPA算法相對于RASR算法，在成功率、平均端到端時延、控制開銷上具有更好的性能表現。
參考文獻
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[5] PARVIN S, FUJII T. Radio environment aware stable routing for multi-hop cognitive radio networks[C]. In IEEE Pimrc, 2012:944-949.
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