CN101645744A - 一种实现频段切换、拓扑控制的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现频段切换、拓扑控制的方法及装置。本发明提供的实现频段切换的方法包括：节点触发频段切换；若所述频段切换为从授权频段切换至非授权频段，根据收集的所述节点的邻节点信息探测所述节点是否为关键节点，如果是，拒绝切换，否则，进行切换；若所述频段切换为从非授权频段切换至授权频段，则进行切换。本发明提供的实现频段切换的装置包括：频段触发单元，探测单元，切换单元。通过本发明提供的方法及装置，为认知无线电技术提供了一种新型拓扑控制技术，此外，还可以有效地降低无线网络的能耗，减少功率的浪费，延长网络的生存期。

Description

一种实现频段切换、拓扑控制的方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种实现频段切换、拓扑控制的方法及装置。

背景技术

无线通信技术的发展越来越难满足人们在无线接入领域的需求，为了缓解这一矛盾，人们利用新的频段不断开发出新的无线接入技术，但是，由于无线接入技术所使用的节点天线的尺寸和功率的限制，可以用于无线接入技术的频段非常有限。认知无线电(CR，Cognitive Radio)技术的出现，为解决节点可用于无线接入技术的频段非常有限这一问题，开创了崭新的局面。

CR技术是指包含智能收发器的无线通信技术，该收发器能够智能检测出在无线网络中，哪些频段未被占用和/或哪些频段正在被使用，当检测出有未被使用的频段时，具有CR技术的节点就可以使用检测出的未被使用的频段进行通信。

也就是说，CR技术具有可以智能地感知无线信道环境的能力，即可以智能地感知无线网络中信道的可用频段，并根据感知到的可用频段进行频段切换。具有CR技术的节点通过改变网络设备的工作参数，可以实时地适应无线信道环境，从而可以在任意时刻、任何地点提供可靠的通信，而且，通过将自身频段切换到感知到的信道的可用频段，可以高效地使用无线信道资源。

为了便于描述，将具有CR技术的节点组成的无线网络称为CR网络。

对于CR技术的研究，现有进行频段切换的技术为：C.Xin等人提出的根据CR网络中路由需求进行频段切换。具体为：C.Xin等人对CR网络提出了一种分层的网络结构，分层的网络结构采用的原则是同一层上的节点使用相同频段的信道。在现有技术中，采用了具体的算法，将CR网络中各节点使用的频段计算出来，根据计算出的结果进行分层，并在分层的无线网络结构上研究路由计算和频段切换问题。路由计算的思想是创造一个尽量精确的图来描述出无线网络中所有节点可能的连通关系，然后给连通关系分配权值，按照最短路由算法找出最短路径。频段切换就是根据路由计算进行的，节点配备有两个端口，当节点感知到有可用频段时，根据路由计算得到的最短路径对应的节点，通过调整节点使用的端口，进行频段切换，即把节点当前工作频段切换至最短路径对应的节点的工作频段，完成频段的切换。现有技术的缺点是，节点仅由路由需求进行频段的切换，而在无线网络中，存在一些特殊的节点，它们对无线网络的连通起着至关重要的作用，如果这些节点从原有无线网络的拓扑结构中切换出去，对于原有无线网络拓扑结构来说，这些节点不再存在，这将导致原有拓扑结构出现分割，原有层面断开，造成节点无法正常通信。现有技术没有考虑这些特殊节点对无线网络拓扑结构造成的影响，即没有考虑频段切换对无线网络连通性带来的威胁，所以，现有技术进行频段切换无法保证无线网络的连通性。

除此之外，对于CR技术的研究，长期以来，研究的重心集中在如何进行频谱侦听及主用户检测、动态频谱分配、功率控制等问题上，而对于其网络层以上，即高层协议的研究还处于初级阶段。

拓扑控制技术是一种涉及网络层以上的协议的技术。在无线网络生成的网络拓扑中，可以直接通信的每两个节点之间存在一条拓扑边，如果没有拓扑控制，所有节点都会以最大的发射功率进行工作，在这种情况下，一方面，节点有限的能量将被快速消耗，降低了无线网络的生存周期，而且，每个节点的无线信号将会大量覆盖其它节点，造成无线信号冲突频繁，影响节点的通信质量，降低网络的吞吐率。另一方面，将会使生成的网络拓扑中存在大量的边，导致网络拓扑的信息量大，路由计算复杂。因此，需要对网络拓扑进行控制。拓扑控制技术在保证网络连通的前提下，通过调整节点的发送功率，延长无线网络生存周期，提高无线网络吞吐量，降低无线信号的干扰，节约节点资源。

现有技术的一种拓扑控制技术为，S.Narayanaswamy等人提出的COMPOW协议。COMPOW协议根据网络拓扑结构选择一个供网络内所有节点共同使用的发送功率，基本思想为：网络中的所有节点使用同一个发射功率，在保证网络连通的前提下，将功率最小化。

在网络中的节点分布均匀的情况下，COMPOW协议具有较好的性能。但是在节点分布不均匀的情况下，各节点位置有的密集，有的相对较远，比如孤立节点(网络边缘的节点)，而位置密集的节点需要的发射功率小，位置较远的节点需要的发射功率大，根据COMPOW协议的规定，所有节点需要使用同一个发射功率，并且在保证网络连通的前提下，将使用的发射功率最小化，因此，势必需要使用位置较远的节点所需的发射功率，这样，对于所需发射功率较小的节点来说，无疑是一种浪费。因此，COMPOW协议不适用于节点分布不均匀的情况。

由于CR技术可以智能地感知无线通信系统中的信道的可用频段，并将节点频段切换到感知到的信道的可用频段，若使用COMPOW协议，由于CR技术的切换行为使无线通信网络的拓扑结构发生变化，导致节点分布不均匀，因此COMPOW协议不适用于CR技术。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题是提供一种实现频段切换、拓扑控制的方法，用以针对现有CR技术的问题，提供一种新型频段切换、拓扑控制的方法。

本发明的另一个目的是提供一种实现频段切换的装置和实现拓扑控制技术的装置，从而保证该方法的实现和应用。

一种实现频段切换的方法，所述方法包括：

节点触发频段切换；

若所述频段切换为从授权频段切换至非授权频段，根据收集的所述节点的邻节点信息探测所述节点是否为关键节点，如果是，拒绝切换，否则，进行切换；若所述频段切换为从非授权频段切换至授权频段，则进行切换。

一种实现频段切换的装置，所述装置包括：

频段触发单元，用于触发频段切换；

探测单元，用于若所述频段触发单元触发的频段切换为从授权频段切换至非授权频段时，根据节点的邻节点信息探测所述节点是否为关键节点；

切换单元，用于若所述频段触发单元触发的频段切换为从授权频段切换至非授权频段时，如果所述探测单元探测出所述节点是关键节点，拒绝切换，否则，进行切换；若所述频段触发单元触发的频段切换为从非授权频段切换至授权频段时，则进行切换。

一种实现拓扑控制的方法，所述方法包括：

节点触发频段切换；

若所述频段切换为从授权频段切换至非授权频段，根据收集的所述节点的邻节点信息探测所述节点是否为关键节点，如果是，拒绝切换，流程结束，否则，进行切换；若所述频段切换为从非授权频段切换至授权频段，则进行切换；

若所述节点的对称邻节点个数小于预设门限值，调整所述节点的发射功率直到所述对称邻节点个数大于或者等于所述门限值，或者，调整所述节点的发射功率为预设的发射功率上限。

一种实现拓扑控制的装置，所述装置包括：

频段触发单元，用于触发频段切换；

探测单元，用于若所述频段触发单元触发的频段切换为从授权频段切换至非授权频段时，根据节点的邻节点信息探测所述节点是否为关键节点；

切换单元，用于若所述频段触发单元触发的频段切换为从授权频段切换至非授权频段时，如果所述探测单元探测出所述节点是关键节点，拒绝切换，否则，进行切换；若所述频段触发单元触发的频段切换为从非授权频段切换至授权频段时，则进行切换；

优化单元，用于在所述切换单元进行切换后，当所述节点的对称邻节点个数小于预设的门限值时，调整节点的发射功率，直到所述对称邻节点个数大于或者等于所述门限值，或者，调整所述节点的发射功率为预设的发射功率上限。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

节点探测自身是否为关键节点，若是，当节点需要从授权频段切换到非授权频段时，不进行切换，若否，进行切换。由于关键节点是无线网络拓扑结构中对网络连通起着关键作用的节点，若节点是关键节点，意味着该节点不能离开所在的拓扑结构，所以，该节点不能进行切换，若节点不是关键节点，意味着该节点离开所在的拓扑结构，对无线网络的连通性不会带来影响，所以，可以进行切换，这样，从无线网络的连通性入手，节点的切换行为保证了无线网络的连通。当需要从非授权频段切换到授权频段时，对授权频段来说，节点增加，意味着无线网络的连通性增强，增加了节点之间可达的可能性，所以直接切换即可。可见，本发明实施例提供的方法在CR技术下，进行频段切换时，保证了无线网络的连通性。而且，本发明实施例中引入可调功率等级的概念，当节点的对称邻节点个数大于或等于对称邻节点个数的门限值时，不进行发射功率的调整，当节点的对称邻节点个数小于对称邻节点个数的门限值时，调整节点的发射功率，使节点的功率等级增加，进而增加了节点的覆盖范围，即增加了可达的节点数量，直到节点的对称邻节点个数大于或等于对称邻节点的门限值，或者，直到可调功率等级达到最大值，从而实现了对无线网络的拓扑结构进行优化。可以看出，本发明实施例为CR技术提供了一种新型拓扑控制技术，此外，本发明实施例提供的方法，还可以有效地降低无线网络的能耗，减少功率的浪费，延长网络的生存期。

附图说明

图1为本发明实施例提供的频段切换方法流程图；

图2为本发明实施例提供的进行频段切换的方法流程图；

图3为本发明具体实例提供的构造邻接矩阵方法流程图；

图4为本发明具体实例提供的探测关键节点方法流程图；

图5为本发明实施例提供的拓扑控制方法流程图；

图6为本发明具体实例提供的仿真网络生存期示意图；

图7为本发明具体实施例提供的仿真网络剩余能量示意图；

图8为本发明实施例提供的频段切换装置结构图；

图9为本发明实施例提供的拓扑控制装置结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1，示出了本发明的一种实现频段切换的方法实施例的流程图，可以包括以下步骤：

步骤101：节点触发频段切换；

步骤102：若所述频段切换为从授权频段切换至非授权频段，根据收集的所述节点的邻节点信息探测所述节点是否为关键节点，如果是，拒绝切换，否则，进行切换；若所述频段切换为从非授权频段切换至授权频段，则进行切换。

下面结合实施例对图1所示各步进行详细说明。

首先，需要说明的是，本发明实施例采用了逻辑分层的网络拓扑结构，逻辑分层的网络拓扑结构是指根据节点使用的频率将分布在同一区域内的节点划分为不同的逻辑层面，位于同一逻辑层面的节点使用同一个频率进行工作，可以直接进行通信，从而使用同一个频率进行工作的节点构成该逻辑层面上的网络逻辑拓扑结构。本发明实施例涉及的各步骤均是位于不同逻辑层面的节点进行的通信。

在CR环境下实现频段切换，首先要保证无线网络的连通性，为了保证无线网络的连通，本发明实施例引入关键节点的概念，在需要切换频段时，若节点自身是关键节点，表明该节点对网络连通起着关键的作用，若没有该节点，无法保证无线网络的连通性，因此，该节点不能切换频段，若节点自身不是关键节点，表明该节点对网络连通的作用不大，若没有该节点，网络仍能维持连通，因此，该节点可以切换频段。为了对无线网络拓扑结构进行控制，本发明实施例还进行了拓扑优化。下面分为各步骤进行说明。

本发明实施例提供频段切换的方法在CR技术下，在节点进行频段切换时，首先判断节点是否为关键节点，如果是关键节点且从授权频段切换到非授权频段，拒绝切换，保证了无线网络的连通性。

参见图2，示出了本发明实施例进行频段切换的方法流程图。

步骤201：周期性收集邻节点信息，建立邻节点表。

节点间通过发送、接收分组，交换彼此信息，从而各节点统计出至少包含邻节点个数、发送分组的节点等邻节点信息，根据邻节点信息建立邻节点表。

步骤202：根据邻节点表周期性探测关键节点。

节点间交换邻节点表，利用邻节点表获取拓扑信息，进而探测出无线网络中的关键节点，置关键节点标志位。

步骤203：节点触发频段切换。

对可能出现的以下两种情况分别进行处理：

(1)若节点需要从授权频段切换至非授权频段，进入步骤204，

步骤204：检查自己是否为关键节点，若是关键节点，则进入步骤205，否则，进入步骤206。

步骤205：拒绝切换，流程结束。

步骤206：进行切换，流程结束。

(2)若节点需要从非授权频段切换至授权频段，进入步骤207。

步骤207：进行切换，流程结束。

节点从授权频段切换至非授权频段，对于授权频段来说，节点减少，意味着无线网络的连通性减弱，减小了节点之间可达的可能性，因此，需要检查自身是否为关键节点，对于关键节点，不进行切换，以保证无线网络的连通性。

节点从非授权频段切换至授权频段，对于授权频段来说，节点增加，意味着无线网络的连通性增强，增加了节点之间可达的可能性，因此，不需要进行检查，可以直接进行切换。

下面结合一个具体实例对本发明实施例进行详细说明。

在具体实例中，无线网络为无线局域网(WLAN，Wireless Local-areaNetwork)，授权频段为wlan频段，非授权频段为WiMax频段。

为清楚准确地描述具体实例，仅以任意节点u为例进行说明。节点u在进行拓扑优化之前，需要开机，并进入稳定状态，节点u开机进入稳定状态后，进行初始化，即令节点u的发射功率P_u＝P₀，P₀为发射功率最小值，清空邻节点表，广播分组序号置零。广播分组序号的作用是保证节点仅发送一次同样的拓扑更新信息，以及区别较早发送的广播分组与新发送的广播分组，通信过程有可能发生阻塞现象，如果发生阻塞，较早发送的广播分组与新发送的广播分组容易发生混淆，因此，需要对广播分组添加序号，以区别各分组。初始化时，节点工作在wlan频段。初始化后，可以进行以下步骤：

节点u使用hello分组及ack分组周期性收集邻节点信息，建立邻节点表。

节点u构建hello分组，使用自己的频段广播所述hello分组。若某邻节点接收到所述hello分组，则构建ack分组，对节点u回复所述ack分组，并销毁所述hello分组，当节点u接收到所述ack分组后，将发送ack分组的邻节点信息添加到自身邻节点表中，并销毁所述ack分组。

一段时间T0以后，各节点完成邻节点信息的收集工作。

邻节点信息收集工作完成以后，需要构建邻接矩阵，探测出自身是否为关键节点。本领域技术人员知道，网络的连通性是网络通信的前提条件。此处，引入关键节点的概念，将关键节点作为节点是否进行频段切换的准则，保证了节点在切换频段时，WLAN的连通性。参见图3，构建邻接矩阵可以包括以下步骤：

步骤301：节点u构建并发送flood分组(flood即为邻节点表)。

flood分组结构如表1所示。

表1

Type

SendNode

RevNode

SendNum

NeighborNum

Neighours

在本实施例中，发送节点的地址为节点u自身的地址，目的地址置为广播地址，将节点u当前的广播分组序号填入，并将邻节点信息填入flood分组，发送所述flood分组，并更新当前的广播分组序号。

步骤302：节点u接收来自邻节点的分组，根据分组的Type域检查是否为flood分组，若是，进入步骤303，若否，销毁该分组。

步骤303：节点u检查flood分组的SendNode是否是自己的对称邻节点，若是，进入步骤304，若否，销毁该flood分组。

对称邻节点表示两个节点之间能够双向可达。

步骤304：以SendNode作为邻接矩阵某行的首元素，读取该flood分组的Neighbors域，把对称邻节点信息存放在邻接矩阵中SendNode所在的行。

在存储过程中，剔除对称邻节点信息中表示节点u的信息。

这里，邻接矩阵用于对关键节点的探测。

一段时间T1以后，flood分组接收完毕，节点u开始探测自身是否为关键节点。探测节点是否为关键节点是运行K跳关键节点探测算法，检查邻接矩阵能否构成连通图，在本具体实例中，节点u通过flood分组，得到两条拓扑信息，利用该拓扑信息运行两跳关键节点探测算法。参见图4，具体可以包括以下步骤：

步骤401：构建空集合。

步骤402：在邻接矩阵中任选一行放入所述空集合，构成集合。

步骤403：依次检查邻接矩阵剩余行与步骤402中任选的一行是否有公共节点。

一旦有与任选的一行有公共节点的剩余行，则表明该行可以添加到集合中，进入步骤404，如果没有公共节点，则在步骤403中继续检查，直到检查完所有剩余行。

步骤404：将可以添加到集合中的行添加进集合直到把所有可以添加到集合中的行添加完毕，进入步骤405。

步骤405：检查邻接矩阵的所有行是否都添加到所述集合中。

如果是，则证明了邻接矩阵可以构成连通图，即去掉节点u之后，剩余节点仍能保证wlan连通，节点u不是关键节点，结束流程。否则，邻接矩阵不能构成连通图，即去掉节点u之后，剩余节点不能保证WLAN连通，节点u是关键节点，进入步骤406。

步骤406：置节点u关键节点标志位，结束流程。

节点u的关键节点探测工作完成。

当出现切换请求时，节点u对切换请求进行分析，按照以下两种情况分别进行处理：

节点u由非授权频段切换回wlan频段：此时，对于WLAN，增加了新的节点，意味着网络的连通性增强，增加了节点之间可达的可能性，因此，节点u直接进行切换即可。

节点u由wlan频段切换回非授权频段：此时，对于WLAN，减少了原有的节点，意味着网络的连通性减弱，减小了节点之间可达的可能性，因此，需要首先检查自身是否为关键节点，若是，则拒绝切换请求，否则，进行切换。

本发明上述实施例提供的方法，通过构造邻接矩阵，运行K跳关键节点探测算法，检查邻接矩阵能否构成连通图来判断进行频段切换的节点是否为关键节点，如果是关键节点且从授权频段切换到非授权频段时，该节点对网络连通起着关键作用，所以不能进行切换，若节点不是关键节点，意味着该节点离开所在的拓扑结构，对无线网络的连通性不会带来影响，所以，可以进行切换。

本发明提供的另一实施例在执行前述的实施例的步骤之后，由于节点的切换行为导致无线网络拓扑结构发生变化，节点原来的发射功率可能不再适合新的拓扑结构，所以，需要对节点切换后的拓扑结构进行优化，为此，引入可调功率等级的概念，当节点的对称邻节点个数大于或等于对称邻节点个数的门限值时，不进行发射功率的调整，当节点的对称邻节点个数小于对称邻节点个数的门限值时，调整节点的发射功率，使节点的功率等级增加，直到节点的对称邻节点个数大于或等于对称邻节点的门限值，或者，直到可调功率等级达到最大值。

参考图5，示出了本发明的一种实现拓扑控制的方法实施例的流程图，可以包括以下步骤：

步骤501：节点触发频段切换；

步骤502：若所述频段切换为从授权频段切换至非授权频段，根据收集的所述节点的邻节点信息探测所述节点是否为关键节点，如果是，拒绝切换，流程结束，否则，进行切换；若所述频段切换为从非授权频段切换至授权频段，则进行切换；

步骤503：若所述节点的对称邻节点个数小于预设门限值，调整所述节点的发射功率直到所述对称邻节点个数大于或者等于所述门限值，或者，调整所述节点的发射功率为预设的发射功率上限。

下面结合实施例对图5所示各步进行详细说明。

步骤501、502的实施例与步骤201、202、203基本相同，在此不再赘述。

对于步骤503，即为节点切换频段后，通过调整发射功率进行拓扑优化。

节点的切换行为使得授权频段逻辑层面的网络拓扑结构发生变化，当节点的对称邻节点个数大于或等于对称邻节点个数的门限值时，不进行发射功率的调整，当节点的对称邻节点个数小于对称邻节点个数的门限值时，调整节点的发射功率，使节点的功率等级增加，以增加节点的覆盖范围，即增加了可达的节点数量，直到节点的对称邻节点个数大于或等于对称邻节点的门限值，或者，直到可调功率等级达到最大值，进行拓扑优化。

下面结合一个具体实例对本发明实施例进行详细说明。

用于说明步骤501、502的具体实例与前文进行频段切换的具体实例相同，不再赘述。

对于步骤503，本具体实例为Klevel，并引入可调功率等级的概念，设定对称邻节点的门限值，比较节点u的对称邻节点的个数与对称邻节点门限值的大小，若节点u的对称邻节点的个数大于或者等于对称邻节点个数门限值(即节点u的节点度数过大)，则不用进行发射功率的调整，若节点u的对称邻节点个数小于对称邻节点个数门限值(即节点u的节点度数过小)，节点u调整发射功率，直到节点u的对称邻节点的个数大于或者等于对称邻节点门限值为止，或者，直到可调功率等级为最大值为止。具体请参见以下描述。

节点u完成切换后，WLAN的拓扑结构发生了变化，如果结构更加密集，节点u可以不再使用之前的发射功率，使用较小的发射功率即可，如果结构更加疏远，节点u之前的发射功率可能不再合适，需要更大的发射功率。所以，还需要对切换后的拓扑结构进行优化，使节点u完成切换后，在新的拓扑结构中使用更加合适的发射功率。本发明具体实例进行拓扑优化的方法是：采用基于节点度数的k-NEIGHLEV算法，调整节点的发射功率，即对节点度数过大的节点减小发射功率，降低节点度数，对节点度数过小的节点增加发射功率，增大节点度数。具体为：

本领域技术人员知道，通常用无向图G(V，E)来表示拓扑图，其中，V表示顶点集，|V|＝节点总数，E＝{(u，v)|节点v能收到节点u的分组}。

在本发明具体实例中，节点发射功率可调，引入可调功率等级的概念，令可调功率等级l＝0，1，...，m，m表示节点可调的最大发射功率等级。为便于理解，引入节点u之外的另一节点v，定义如下三种节点u的邻节点集合：

入邻节点集合：N_i(u)＝{v∈V：(v，u)∈E}，表示节点v向节点u单向可达；

出邻节点集合：N_o(u)＝{v∈V：(u，v)∈E}，表示节点u向节点v单向可达；

对称邻节点集合：N_s(u)＝N_i(u)∩N_o(u)＝{v∈V：(u，v)∈E&(u，v)∈E}，表示节点u与节点v双向可达。

可见，节点u和其邻节点发射功率的调整会改变节点u的上述三个邻节点集合。节点u改变自己的发射功率，能够直接影响出邻节点集合，间接影响对称邻节点集合，而对于节点u，可以直接测量的是入邻节点集合。在这样的条件下，拓扑优化的目标是调整节点u的发射功率，使得对称邻节点集合N_s(u)＝门限值K，或者比K稍大。可以包括以下步骤：

步骤A：节点u令l＝0，节点u广播beacon分组，用以通知邻节点自身的发射功率，置自身为active状态。

步骤B：一段时间T2以后，节点u检查自己的对称邻节点数目是否大于或者等于门限值K，若是，则置自身为inactive状态，并且只响应除自身以外其它节点的beacon分组，否则，进入步骤C。

在拓扑优化的过程中，节点u与其它节点共同执行各步骤，它们可以多次发送分组，因此，节点u还可以响应除自身以外其它节点的help分组。

步骤C：进入对称邻节点增加阶段(ISN，Increase Symmetric Neighbors)。

在ISN阶段，节点u广播help分组，用以调整自身对称邻节点数目，直到对称邻节点数目大于或者等于K，或者，直到l＝m时，停止。

在拓扑优化过程中，节点u对收到的beacon分组和help分组分别进行如下处理：

对于beacon分组，用v表示该beacon分组来自节点v，用l_v表示节点v的发射功率等级，l_u表示节点u的发射功率等级。节点u检查节点v是否属于入邻节点集合，若属于，则销毁beacon分组，若不属于，将节点v添加进节点u的入邻节点集合，将l_v记录在l_v(u)中，l_v(u)表示节点u可达节点v的最小发射功率等级，若l_u＞l_v，则将节点v添加进节点u的对称邻节点集合中。若l_u＜l_v，则不作处理。

对于help分组，也可以用v表示该help分组来自节点v，用l_v表示节点v的发射功率等级。节点u检查help分组是否是第一次接收到的来自节点v的数据包，若是，将节点v添加进节点u的入邻节点集合，并将l_v记录在l_v(u)中，当l_u≥l_v时，将节点v添加进节点u的对称邻节点集合，若l_u＜l_v，则节点u增大发射功率，使l_u＝l_v，并将节点v添加进节点u的对称邻节点集合。在节点u将发射功率从l_v(u)增大到l_v的过程中，节点u在l_u+l→l_v的每个功率等级上，广播一系列beacon分组，用以使除了节点u以外某节点(设为节点w)记录的l_u(w)中，保存的是节点w到节点u所需的最小发射功率等级；

若节点u检查到help分组不是第一次接收到的来自节点v的数据包，表明节点v属于入邻节点集合，并且节点u已知到节点v的最小发射功率等级。此时，节点u检查节点v是否属于对称邻节点集合，若属于，则表明节点v是节点u的对称邻节点，销毁help分组；若不属于，则说明l_u＜l_v，那么，将l_u增加到l_v(u)，并将节点v添加到对称邻节点集合中。同样，在功率等级增加的过程中，节点u在l_u+l→l_v(u)的每个功率等级上广播beacon分组，用以确保节点w记录的l_u(w)中，保存的是节点w到节点u所需的最小发射功率等级；

至此，拓扑优化完成。

本发明实施例中引入可调功率等级的概念，当节点的对称邻节点个数大于或等于对称邻节点个数的门限值时，不进行发射功率的调整，当节点的对称邻节点个数小于对称邻节点个数的门限值时，调整节点的发射功率，使节点的功率等级增加，进而增加了节点的覆盖范围，即增加了可达的节点数量，直到节点的对称邻节点个数大于或等于对称邻节点的门限值，或者，直到可调功率等级达到最大值，从而实现了对无线网络的拓扑结构进行优化，进而有效地降低无线网络的能耗，减少功率的浪费，延长网络的生存期。下面结合一个仿真实例对上述具体实例进行说明。

在1000×1000m²的区域里随机分布了25个WLAN的节点，各节点以AdHoc方式组网，并进行通信。每个节点配置了一套CR的收发器，具备感知非授权频段Wimax频段的能力，并能够工作在Wimax频段。各节点采用功率多极可调的无线网卡，可调功率分别为：1mw，5mw，20mw，30mw，50mw，100mw。选取对称邻节点的门限值为7，节点采用随机路点运动(RWP，RandomWaypoint)运动模型作无间歇的持续性运动。仿真过程中，采用了以下三种方法：未进行功率控制(即节点以最大功率发射maxpower)，COMPOW控制方法以及本发明实施例提供的方法(Klevel)。通过仿真，上述三种方法在运行过程中，网络始终以98％的概率保持连通，说明了本发明实施例能够保证网络在节点有切换行为时，以较高的概率维持网络的连通性，基本无孤立节点出现。

参考图6，示出了在保证网络连通的前提下，本发明实施例与未进行功率控制和采用COMPOW控制方法进行功率控制时，网络生存期的比较。参考图7，示出了仿真过程中，网络总的剩余能量，可以得出，本发明实施例能够有效地节省能量消耗。因此，本发明实施例能够在保证网络连通的前提下，有效地节省网络的能量消耗，从而延长了网络的生存期。本发明实施例为CR技术提供了高层协议，使CR技术本身的优势得以体现，并且更具实用性。

参考图8，示出了本发明的一种实现频段切换的装置实施例的结构框图，可以包括：

频段触发单元801，用于触发频段切换切换；

探测单元802，用于若所述频段触发单元801触发的频段切换为从授权频段切换至非授权频段时，根据节点的邻节点信息探测所述节点是否为关键节点；

切换单元803，用于若所述频段触发单元801触发的频段切换为从授权频段切换至非授权频段时，如果所述探测单元探测出所述节点是关键节点，拒绝切换，否则，进行切换；若所述频段触发单元801触发的频段切换为从非授权频段切换至授权频段时，则进行切换。

探测单元802根据收集的邻节点信息，探测节点自身是否为关键节点，当节点的频段切换为从授权频段切换至非授权频段时，若探测单元802探测节点是关键节点，则拒绝切换，若探测单元802探测节点不是关键节点，则进行切换，当节点从非授权频段切换至授权频段时，直接进行切换。

本发明实施例提供的实现频段切换的装置还可以包括邻接矩阵构建单元804，用于构建邻接矩阵；所述探测单元802，用于根据所述邻接矩阵构建单元804构建的邻接矩阵探测所述节点是否为关键节点。

此外，本发明实施例提供的实现频段切换的装置还包括优化单元805，用于选取对称邻节点个数的门限值，当所述对称邻节点个数小于所述门限值时，调整节点的发射功率，直到所述对称邻节点个数大于或者等于所述门限值为止，或者，直到发射功率等级等于预设的上限为止。

参考图9，示出了本发明的一种拓扑控制的的装置实施例的结构框图，可以包括：

频段触发单元901，用于触发频段切换；

探测单元902，用于若所述频段触发单元901触发的频段切换为从授权频段切换至非授权频段时，根据节点的邻节点信息探测所述节点是否为关键节点；

切换单元903，用于若所述频段触发单元901触发的频段切换为从授权频段切换至非授权频段时，如果所述探测单元901探测出所述节点是关键节点，拒绝切换，否则，进行切换；若所述频段触发单元触发的频段切换为从非授权频段切换至授权频段时，则进行切换；

优化单元904，用于在所述切换单元903进行切换后，当所述节点的对称邻节点个数小于预设的门限值时，调整节点的发射功率，直到所述对称邻节点个数大于或者等于所述门限值，或者，调整所述节点的发射功率为预设的发射功率上限。

本发明可用于众多通用或专用的计算系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

本发明可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

最后，还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种实现频段切换、拓扑控制的方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法；同时，对于本领域的一般技术人员，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (14)

1、一种实现频段切换的方法，其特征在于，所述方法包括：

节点触发频段切换；

若所述频段切换为从授权频段切换至非授权频段，根据收集的所述节点的邻节点信息探测所述节点是否为关键节点，如果是，拒绝切换，否则，进行切换；若所述频段切换为从非授权频段切换至授权频段，则进行切换。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述节点的邻节点信息的收集具体实现为：

所述节点广播hello分组；

所述节点接收邻节点根据hello分组发送的ack分组；

所述节点收集发送所述ack分组的邻节点信息。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据收集的所述节点的邻节点信息探测所述节点是否为关键节点之前，还包括：

构建邻接矩阵；

根据收集的所述节点的邻节点信息探测所述节点是否为关键节点具体为：

根据所述邻接矩阵探测所述节点是否为关键节点。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述构建邻接矩阵的具体实现为：

所述节点接收其邻节点的分组；

若所述分组为flood分组，检查flood分组的发送节点SendNode是否为所述节点的对称邻节点，若是，将对称邻节点的信息作为关键节点信息添加进所述节点的邻接矩阵。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据收集的所述节点的邻节点信息探测所述节点是否为关键节点的具体实现为：

在所述节点的邻接矩阵中任选一行；

检查所述邻接矩阵的剩余行与所述任选一行是否有公共节点，若所有剩余行与所述任选一行均有公共节点，则所述节点不是关键节点，若剩余行的至少一行与所述任选一行没有公共节点，则所述节点是关键节点。

6、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述进行切换之后，所述方法还包括：

若所述对称邻节点个数小于预设门限值，调整所述节点的发射功率直到所述对称邻节点个数大于或者等于所述门限值，或者，调整所述节点的发射功率为预设的发射功率上限。

7、一种实现频段切换的装置，其特征在于，所述装置包括：

频段触发单元，用于触发频段切换；

探测单元，用于若所述频段触发单元触发的频段切换为从授权频段切换至非授权频段时，根据节点的邻节点信息探测所述节点是否为关键节点；

切换单元，用于若所述频段触发单元触发的频段切换为从授权频段切换至非授权频段时，如果所述探测单元探测出所述节点是关键节点，拒绝切换，否则，进行切换；若所述频段触发单元触发的频段切换为从非授权频段切换至授权频段时，则进行切换。

8、根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

邻接矩阵构建单元，用于构建邻接矩阵；

所述探测单元，用于根据所述邻接矩阵单元构建的邻接矩阵探测所述节点是否为关键节点。

9、根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

优化单元，用于当所述节点的对称邻节点个数小于预设的门限值时，调整节点的发射功率，直到所述对称邻节点个数大于或者等于所述门限值，或者，调整所述节点的发射功率为预设的发射功率上限。

10、一种实现拓扑控制的方法，其特征在于，所述方法包括：

节点触发频段切换；

若所述频段切换为从授权频段切换至非授权频段，根据收集的所述节点的邻节点信息探测所述节点是否为关键节点，如果是，拒绝切换，流程结束，否则，进行切换；若所述频段切换为从非授权频段切换至授权频段，则进行切换；

若所述节点的对称邻节点个数小于预设门限值，调整所述节点的发射功率直到所述对称邻节点个数大于或者等于所述门限值，或者，调整所述节点的发射功率为预设的发射功率上限。

11、根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述根据收集的所述节点的邻节点信息探测所述节点是否为关键节点的具体实现为：

在所述节点的邻接矩阵中任选一行；

检查所述邻接矩阵的剩余行与任选的一行是否有公共节点，若所有剩余行与任选的一行均有公共节点，则所述节点不是关键节点，若剩余行的至少一行与任选的一行没有公共节点，则所述节点是关键节点。

12、根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述调整节点的发射功率之后，还包括：

通知所述节点的邻节点调整之后的发射功率。

13、根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述通知所述节点的邻节点调整之后的发射功率的具体实现为：

所述节点广播beacon分组，所述beacon分组至少包括所述节点调整后的发射功率。

14、一种实现拓扑控制的装置，其特征在于，所述装置包括：

频段触发单元，用于触发频段切换；

探测单元，用于若所述频段触发单元触发的频段切换为从授权频段切换至非授权频段时，根据节点的邻节点信息探测所述节点是否为关键节点；

切换单元，用于若所述频段触发单元触发的频段切换为从授权频段切换至非授权频段时，如果所述探测单元探测出所述节点是关键节点，拒绝切换，否则，进行切换；若所述频段触发单元触发的频段切换为从非授权频段切换至授权频段时，则进行切换；

优化单元，用于在所述切换单元进行切换后，当所述节点的对称邻节点个数小于预设的门限值时，调整节点的发射功率，直到所述对称邻节点个数大于或者等于所述门限值，或者，调整所述节点的发射功率为预设的发射功率上限。

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