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多信道Buffer感知机会路由协议 　　摘要摘要：针对无线电频谱资源不足和现有机会路由方案存在的问题，通过将认知无线电技术和机会路由有效结合起来，提出了一种能够同时对无线电频谱和节点Buffer进行感知的机会路由协议（SBA-OR：Spectrum and Buffer Aware Opportunistic Routing）。OMNET++仿真结果表明，相对于经典的机会路由方案，Buffer感知机会路由的平均端到端延时更小，吞吐量更大，负载更均衡。采用多信道后，性能进一步提升 关键词关键词：认知无线电；机会路由协议；Buffer感知；负载均衡 DOIDOI：10.11907/rjdk.171110 中图分类号：TP393 文献标识码：A文章编号文章编号2017）005015803 0引言 随着网络的快速发展，各种网络用户急剧增加，各种无线电技术与应用的竞争愈演愈烈，无线电频谱资源的有限性日益凸显。与此同时，在全球范围内，普遍采用固定的频谱分配策略来管理无线电频谱资源，因而产生了频谱资源利用效率低下的问题。近年来，认知无线电技术发展成为提高频谱使用效率的主要研究方向[1] 对于无线多跳网络而言，路由是影响网络整体性能的最重要因素之一。与传统路由按照事先选好的路径进行数据包传输不同，机会路由在传输数据包时，充分利用了无线电媒介的广播特性，通过多个候选节点的协同工作，动态、自主地选择下一跳节点来转发数据包，从而提高了链路的稳定性和系统整体的吞吐量[2]。现有的机会路由方案大都忽略了中继节点Buffer中的数据包个数对网络路由性能的影响，在高速率无线多跳网络中，可能造成最短路径上的中继节点Buffer中积累大量的数据包，从而影响网络传输性能 针对现有机会路由方案存在的不足，本文提出了一种能够同时对无线电频谱和候选中继节点Buffer进行感知的机会路由协议（SBA-OR），该协议在有效结合认知网络技术和机会路由技术的基础上，引入了对候选中继节点的Buffer进行动态感知的机制，进一步提高无线传感器网络的传输性能，真正实现了对无线电频谱资源的动态利用，并综合候选中继节点的位置和Buffer信息动态、自主地进行路由决策 1多信道Buffer感知机会路由协议实现 在机会路由方案（OR：Opportunistic Routing）中，通常有4种类型的数据要发送，即RTS、CTS、DATA、ACK[34]。节点在发送正式的数据包DATA之前，需要与其候选节点集中的节点完成一次RTS/CTS握手，具体过程如下：节点在选取的数据传输信道上广播RTS，候选节点集的节点在接收到节点广播的RTS后，会调度一个时长为TBackoff的定时器。TBackoff的计算公式如下： TBackoff=C0Di，dst-Dk，dst+SIFS，k≠dst（1） 其中，Di，dst表示发送节点和目的节点之间的距离，Dk，dst表示候选节点和目的节点之间的距离，C0是一个与距离相关的常数。在TBackoff的定时时间结束后，候选节点会在同一信道上向发送节点回复一个CTS。发送节点在该信道上成功接收到第一个CTS后，就会忽略掉后续接收到的CTS。这样就完成了一次RTS/CTS握手，而第一个回复CTS的候选节点就被选为了最佳中继节点 由式（1）可知，候选节点与目的节点的距离越近，TBackoff就越小，候选节点在回复CTS之前等待的时间就越短，竞争最佳中继节点的优先级就越高 在完成RTS/CTS握手后，发送节点就会向选定的中继节点发送数据包DATA，中继节点会立即回复一个确认包ACK Buffer感知机会路由（BAOR：Buffer Aware Opportunistic Routing）与经典机会路由的数据包传输过程大致相同。两者的不同之处在于候选节点集中的候选节点在接收到发送节点广播的RTS后的处理方式。在BAOR中，候选节点在接收到RTS后，同样会调度一个时长为TBackoff的定时器。计算公式如下： TBackoff=C0Di，dst-Dk，dst+C1×BUFNUMBUFSIZE+SIFS，k≠dst（2） 其中，BUFNUM表示候选节点Buffer中实际存储的数据包的个数，BUFSIZE表示候选节点Buffer中能够存储的最大数据包个数，C1是一个常数 显然，TBackoff的大小由节点位置和Buffer中的数据包个数共同决定。如果候选节点Buffer中存储的数据包个数较多，即便距离目的节点较近，也可能不会被选为最佳中继节点 在多信道方案中，节点在进行RTS/CTS握手之前，首先需要对无线电环境进行频谱感知，获取频谱使用信息，然后采用一定的信道选择