小 型 微 型 计 算 机 系 统
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ
２０１０年 ７月 第 ７期
Ｖｏ１．３１ Ｎｏ．７ ２０１０
认知无线 电网络路 由协议综述
张 龙，周贤伟 ，王建萍
（北京科技大学 信息工程学 院，北京 １０００８３）
Ｅ—ｍａｉｌ：ｉｃｅｂｅｒｇ２０６＠ １６３．ｃｏｍ
摘 要：认知无线 电网络中的节点具有动态频谱接入的特点 ，进而产 生可用频谱 的不规则性 ，这与传统无线 多跳 网络有很大不
同，从 而导致 了认知无线 电网络路 由面临新 的挑 战．在介 绍认 知无 线电网络路 由的特点之后 ，对路 由协议进行 了初步分类．然后
着重分析 了目前认 知无线电网络较为重要的路 由协议的主要机制 ，详细比较 了路 由协议 的主要类别和特点 ，最后 总结 了好的认
知无线电网络路 由协议 的特点 ，并对 未来发展趋 势进行 了初步展 望．
关 键 词 ：认知无线电网络 ；动态频谱 接入 ；开放频谱 ；路 由协议
中图分类 号 ：ＴＰ９２９．５ 文献标识码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０００－１２２０（２０１０）０７—１２５４－０７
Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｆｏｒ Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ Ｒａｄｉｏ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ：ａ Ｓｕｒｖｅｙ
ＺＨＡＮＧ Ｌｏｎｇ。ＺＨＯＵ Ｘｉａｎ—ｗｅｉ，Ｗ ＡＮＧ Ｊｉａｎ—ｐｉｎｇ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｗｅｍｉｑ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ．Ｂｅｉｆｉｎｇ １０００８３－Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｏｄｅｓ ｉｎ ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ ｒａｄｉｏ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ａｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ａｃｃｅｓｓ。ｗｈｉｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ ｓｐｅ ｃｔｒｕｍ ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｉｔｙ．
Ｒｏｕｔｉｎｇ ｉｎ ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ ｒａｄｉｏ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｉｓ ｃｏｎｆｒｏｎｔｅｄ ｗｉｔｈ ｎｅｗ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ，ｇｉｖｅｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ ｒａｄｉｏ ｎｅｔｗ ｏｒｋｓ
ａｎｄ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍｕｌｔｉ·ｈｏｐ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ａｆｔｅｒ ｄｅｓｃｒｉｂｉｎｇ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｒｏｕｔｉｎｇ ｉｎ ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ ｒａｄｉｏ ｎｅｔｗｏｒｋｓ－ｔｈｅ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａ－
ｔｉｏｎ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｆｏｒ ｒｏｕｔｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅｎ ｔｈ ｅ ｋｅｙ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ ｒｏｕｔｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ａｒｅ ａｎａ－
ｌｙｚｅｄ ，ａｎ ｄ ｔｈｅｉｒ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎ ｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｌｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ．Ｆｉｎａｌｌｙ。ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｔｈａｔ ｇｏｏｄ ｒｏｕｔｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｐｏ ｓｓｅｓｓ ａｒｅ
ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ。ａｎｄ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｒｅｎｄｓ ａｒｅ ｆｏｒｅｓｅｅｎ ｔｏ ｍｏｔｉｖａｔｅ ｎｅｗ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｅａ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ ｒａｄｉｏ ｎｅｔｗｏｒｋｓ；ｄｙｎａｍｉｃ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ａｃｃｅｓｓ；ｏｐｅ ｎ ｓｐｅ ｃｔｒｕｍ ；ｒｏ ｕｔｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌ
１ 引 言
随着无线通信技术的飞速发展，可用的频谱资源变得越来
越稀缺 ，无法满足不断增长 的需求．然而研究表明… ，已分 配频
谱（小于 ３ＧＨｚ）的利用率在 时间和 空间上从不足 １５％变化 到
８５％ ，大于３ＧＨｚ的频谱则几乎未被利用．可见，采用传统 固定
分配方式的频谱资源并未被充分利用．为了解决频谱 利用率低
和满足 日益增 长 的 业务 需 求 ，采 用 动 态频 谱 接 入 （ｄｙｎａｍｉｃ
ｓｐｅｃｔｒｕｍ ａｃｃｅｓｓ，ＤＳＡ）的认 知 无线 电 （ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ ｒａｄｉｏ，ＣＲ）技
术 刮应运而生．ＣＲ是一种智能无线通信系统 ，认知用户能够
感知外部环境 ，在不对 主用户产生干 扰的前提下 ，以机 会方式
动态地接入可用授权频段 内，从而提高频谱利用率．
认知无线 电网络（ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ ｒａｄｉｏ ｎｅｔｗｏｒｋｓ，ＣＲＮ），又称动
态频谱接入 网络 ｊ、可编程无线 网络 （ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ
ｎｅｔｗｏｒｋｓ，ＰｒｏＷｉｎ） Ｊ，其节点具有认 知和重配置能力 ，能够 实
现频谱感知 、频谱快速 切换、信息 实时传输 、信道状态学习等
功能 』．ＣＲＮ与传统无 线多跳 网络的最 大区别 在于 ：前者 的
可用频谱是不规则 的 ，是非静 态分 配的 ，并且 ＣＲＮ节 点之 间
的可用频谱随着时问、空间和地理位置不断变化 ；后者采用静
态频谱接人 ，使用固定分配 的频谱进 行通信 ．ＣＲＮ动态频谱
接入特性使得传统无线多跳网络的路由协议不能直接应用于
ＣＲＮ，其 路由面临着新 的挑战 ：
① 可用频谱是非固定 的 、非静态 的，路 由需要与频谱感
知密切联系 ；
② 可用频谱的时变特点使得网络拓扑结构动态地变化¨叫；
③ 频谱 切换导致 切换时延 ，对处在 相同信道 上的节点 ，
产生隐藏终端和暴露终端 问题，从而引入退避 时延 ｌＩ ，同时，
还造成了路由的不稳定 ；
④ 路由设计应能解决多频段并行传输的问题 ；
⑤ 频谱切换可能使得 两个节点 处在 不同信道 上 ，产生”
耳聋 ”问题（ｄｅａｆｎｅｓｓ ｐｒｏｂｌｅｍ） ，导致二者不能通信和网络
性 能下降 ，影 响 ＣＲＮ路 由设计．
本文首先对 ＣＲＮ路 由协议进行 了分类，然后着重分析了目
前 ＣＲＮ较为重要的路由协议的主要机制，从主要类别和特点 ２
方面详细比较了 ＣＲＮ路 由协议 ，最后对未来发展趋势进行了初
步展望．
２ 认知无线 电 网络路 由协议分类
ＣＲＮ路由协议的主要任务是源节点与 目的节点问的路
收稿 日期：２００９－０４－０２ 收修改稿日期：２００９－０５－２５ 基金项 目：国家 自然科学基金项 目（６０７７３０７４，６０９０３００４，６０９０２０４２）资助；国家“八六
三”高技术研究发展计划项目（２００９ＡＡ０１Ｚ２０９）资助． 作者简介 ：张 龙。男 ，１９８３年生，博士研究生 ，研究方向为容迟与容断网络 ，认知无线电
网络，空问通信，未来信息网络 ；周贤伟 。男，１９６３年生 ，博士后，教授，博士生导师，研究方向为认知无 线电，通信网安全 ，下一代网络、通信 中的调
度理论 ；王建萍 ．女 ，１９７４年生 ，博士后 ，副教授 ，研究方向为光纤通信 ，微波光子学 ，下一代网络．
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