CN101959279B - 路由建立方法和装置及数据传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种路由建立方法和装置及数据传输方法。该路由建立方法包括确定目标节点；获取处于活动状态的PU的区域位置；根据所述区域位置和目标节点的信息，逐跳得到并记录端到端路径信息及不干扰主用户终端的可传输功率。本发明实施例可以在主用户终端活动时同时为次用户终端服务，运算简单利于提高系统性能。

Description

路由建立方法和装置及数据传输方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术，特别涉及一种路由建立方法和装置及数据传输方法。

背景技术

感知无线电(Cognitive Radio，CR)技术是一种可以保证在不干扰主用户终端(Primary User，PU)的前提下，次用户终端(Secondary User，SU)合理利用频谱空洞的技术，其中，频谱空洞是指分配给主用户终端但在一定时间和空间下主用户终端未使用的频带。感知无线电系统具有两个特性，包括频谱感知性和可配置性。频谱感知性是指感知无线电系统中的终端、基站、中继站等设备能够获得小区内频带的时空使用情况。利用频谱感知性可以保证次用户终端合理利用主用户终端的频谱空洞，不对主用户终端造成干扰。可配置性是指感知无线电系统的发射和接收频带是可配置的，即可以根据频谱感知的结果动态改变发射和接收频带及其他相关参数。

在感知无线电系统中，当次用户终端为小区边缘用户终端时，基站直接为这样的次用户终端服务是难以被保证的。原因如下：由于该次用户终端为边缘用户终端，为了补偿信道衰减带来的损失，基站需要采用大功率进行数据传输。但是，当采用大功率时会对主用户终端造成极大的干扰，为了避免对主用户终端的干扰必须保证该大功率作用的范围内，所有的主用户终端都无业务需求，即处于不激活状态。而这样的情况是小概率事件，因此，次用户终端为边缘用户终端时，采用基站直接为次用户终端服务，服务质量和可靠性是难以保证的。为了解决这一问题，可以采用多跳的中继传输技术。上述的基站直接为边缘用户终端服务也称为单跳服务，当基站需要经过至少一个的中继站为边缘用户终端服务时，称为多跳服务。在感知系统的多跳传输过程中，需要解决路由的建立、维护及选择的问题。现有技术采用表驱路由建立方式或者按需路由建立方式，表驱动路由建立方式是根据次用户终端系统的网络拓扑结构建立及维护路由表，没有考虑主用户终端的状态，在建立的路由中很可能造成对主用户的干扰，使得系统性能较差；按需路由建立方式是在源节点需要建立连接时向下广播连接建立请求，各接收节点记录上一跳节点并依次向下广播连接建立请求直至目标节点，之后，目标节点将多个路由信息返回给源节点，源节点选择经过的节点数最少的路由传输数据，每次业务中断后需要采用上述方式重新建立路由，由于主用户终端处于激活时就会中断次用户终端的业务，因此，当主用户终端的状态频繁变化时，需要频繁更新建立路由，运算复杂，使得建立路由的开销和延迟都很大，系统性能降低。

发明人在实现本发明的过程中发现现有技术至少存在如下问题：在感知无线系统中，现有技术在多跳传输时采用的建立及维护路由的方案造成系统性能较低。

发明内容

本发明实施例提供一种路由建立方法和装置及数据传输方法，能够在感知无线电系统多跳传输建立路由时，提高系统性能。

本发明实施例提供了一种路由建立方法，包括：

确定目标节点；

获取处于活动状态的主用户终端的区域位置；

根据所述区域位置和目标节点的信息，逐跳得到并记录端到端的路径信息及不干扰主用户终端的可传输功率。

本发明实施例提供了一种数据传输方法，包括：

根据感知结果确定不同区域位置的主用户终端的活动状态；

在已建立的路由表中选择与活动状态对应的路径信息和可传输功率，所述路由表是根据所述区域位置和目标节点的信息，预先建立的；

根据所述路径信息，采用所述可传输功率，传输待传输的数据。

本发明实施例提供了一种路由建立装置，包括：

第一模块，用于确定目标节点；

第二模块，用于获取处于活动状态的主用户终端的区域位置；

第三模块，与所述第一模块和第二模块连接，用于根据所述区域位置和目标节点的信息，逐跳得到并记录端到端路径信息及不干扰主用户终端的可传输功率。

由上述技术方案可知，本发明实施例通过逐跳建立路径信息及可传输功率，可以应用于多跳系统中；本发明实施例根据处于活动状态的PU的区域位置和目标节点的信息建立端到端的路径信息，可以避免按需路由建立方式采用广播及建立多条路由再进行选择等引起的运算复杂问题，可以提高系统性能；本发明实施例根据处于活动状态的PU的区域位置和目标节点的信息得到不干扰主用户终端的可传输功率，可以避免表驱动路由建立方式没有考虑主用户终端的状态引起的对主用户造成干扰的问题，可以提高系统性能。

附图说明

图1为本发明实施例基于的感知无线电系统的结构示意图；

图2为本发明第一实施例的路由建立方法流程示意图；

图3为本发明第一实施例中获取活动PU的区域位置的方式一的方法流程示意图；

图4为图3对应的系统结构示意图；

图5为本发明第一实施例中获取活动PU的区域位置的方式二的方法流程示意图；

图6为图5对应的系统一的结构示意图；

图7为图5对应的系统二的结构示意图；

图8为本发明第一实施例中感知基站得到并记录路径信息及可传输功率的方法流程示意图；

图9为本发明第一实施例中得到并记录路径信息及可传输功率的方法基于的系统结构示意图；

图10为本发明第一实施例中感知中继站得到并记录路径信息及可传输功率的方法流程示意图；

图11为本发明实施例中路由表进行添加的方法流程示意图；

图12为本发明第二实施例的数据传输方法的流程示意图；

图13为针对感知节点个数与吞吐量的关系，现有直传方式与本发明实施例的对比关系曲线图；

图14为针对主用户终端的活跃性与吞吐量的关系，现有直传方式与本发明实施例的对比关系曲线图；

图15为针对感知节点个数与服务公平性的关系，现有直传方式与本发明实施例的对比关系曲线图；

图16为针对主用户终端的活跃性与服务公平性的关系，现有直传方式与本发明实施例的对比关系曲线图；

图17为本发明第三实施例的路由建立装置的结构示意图；

图18为本发明第四实施例的数据传输装置的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

为了更好地理解本发明，首先对本发明基于的感知无线电系统进行描述。

图1为本发明实施例基于的感知无线电系统的结构示意图，包括感知基站(Cognitive Base Station，C-BS)、感知中继站(Cognitive Relay Station，C-RS)、感知用户终端(Cognitive Client Premise Equipment，C-CPE)和主用户终端。其中，感知用户终端是该感知无线电系统中的次用户终端，不能干扰主用户终端的活动。感知基站、感知中继站和感知用户终端都具有感知能力，可以感知一定时空情况下，主用户终端是否处于活动状态，主用户终端处于活动状态表明其有业务需求，此时，感知用户终端的使用不能对主用户终端造成干扰。其中，图1中的椭圆形区域为相应的节点(感知基站、感知中继站或主用户终端)覆盖的范围。参见图1，以左下侧的感知用户终端(即E)为目标感知用户终端时，为了使主用户终端不被干扰，当主用户终端2和3均处于活动状态时，感知基站需要从路径1(细实线)传输数据给目标感知用户终端；而当主用户终端2处于活动状态而主用户终端3未处于活动状态时，基站可以从路径2(粗实线)传输数据给目标感知用户终端。

图2为本发明第一实施例的路由建立方法流程示意图，可以应用于多跳感知系统中，该多跳感知系统中的各感知节点均需要执行如下步骤，具体包括：

步骤21：感知节点确定目标节点；

步骤22：感知节点获取处于活动状态的PU(简称，活动PU)的区域位置；

步骤23：感知节点根据所述区域位置和目标节点的信息，得到并记录端到端的路径信息及不干扰主用户终端的可传输功率。

其中，上述步骤的执行主体为感知节点，该感知节点包括感知基站、感知中继站或者感知用户终端。当下行数据传输时，目标节点是感知用户终端，感知基站和感知中继站需要执行上述步骤；当上行数据传输时，目标节点是感知基站，感知用户终端和感知中继站需要执行上述步骤。下述实施例以下行数据传输为例，上行数据传输可参照对应执行。

在下行数据传输时，感知基站首先确定目标用户终端，目标用户终端即为从感知基站发送的数据要到达的目的地，并且由于本发明实施例主要提供对次用户终端服务而不干扰主用户终端的方案，因此，这里的目标用户终端为系统中的次用户终端。之后，感知基站可以在发送路径建立信息时将目标用户终端的信息发送给感知中继站。感知基站根据感知结果获取活动PU的区域位置，之后，可以通过广播的方式发送给系统中的感知中继站和感知用户终端。

本实施例根据活动PU的区域位置和目标节点的信息得到相关的路径信息，可以保证在服务SU时不干扰活动的PU，并且无需频繁建立路由，可以提高系统性能。

感知基站获取活动PU的区域位置可以根据感知结果，采用如下的两种方式进行：

方式一、基于簇(cluster)的检测方式。该方式下，感知中继站或感知用户终端以簇为单位向感知基站发送所感知的PU的活动状态。簇头可以用1bit的信息向感知基站反馈该簇对应的感知结果，例如，用“1”表示该簇感知到有活动的PU，用“0”表示该簇没有感知到活动的PU。这种方式下，是根据分簇的位置确定活动PU的区域位置，因此获取的活动PU的活动区域与簇的大小有关。

方式二、基于个体的检测方式。该方式下，各感知中继站或感知用户终端分别向感知基站反馈感知结果。每个感知中继站或感知用户终端可以用1bit的信息向感知基站反馈该感知中继站或感知用户终端对应的感知结果，例如，用“1”表示该感知中继站或感知用户终端感知到有活动的PU，用“0”表示该感知中继站或感知用户终端没有感知到活动的PU。这种方式下，是根据感知到有活动的PU的中心和区域保护距离得到活动PU的区域位置，并且，区域保护距离与感知到有活动PU的感知中继站或感知用户终端的个数有关，因此获取的活动PU的区域位置与感知到有活动PU的感知中继站或感知用户终端的个数有关。

图3为本发明第一实施例中获取活动PU的区域位置的方式一的方法流程示意图，图4为图3对应的系统结构示意图。该方法包括：

步骤31：分簇中的各个感知中继站或感知用户终端独立感知中继站或感知用户终端附近是否有活动PU，并将感知结果以1bit信息的方式发送给簇头节点。参见图4，以系统中有两个分簇为例，包括第一分簇和第二分簇。

步骤32：簇头节点将该分簇中各个感知中继站或感知用户终端发送的感知信息进行融合，得到该分簇的感知结果。例如，将各个感知中继站或感知用户终端发送的1bit信息进行“或”运算得到该分簇的感知结果。

步骤33：簇头节点将该分簇的感知结果发送给感知基站。例如，采用1bit信息的方式发送感知结果。参见图4，例如，第一分簇反馈“0”，第二分簇反馈“1”。

步骤34：感知基站根据各分簇的感知结果计算各活动PU的区域位置。具体如下：

第一步，计算活动PU的中心。将感知到有活动PU的分簇的中心作为活动PU的中心。参见图4，例如，活动PU的中心为O。

第二步，计算活动PU的内环半径R_c。将感知到有活动PU的分簇的半径作为活动PU的内环半径。

第三步，计算活动PU的外环半径R_s。将内环半径加上区域保护距离M得到外环半径，计算公式为：R_s＝R_c+M。其中，区域保护距离M可以根据实际需要和经验值具体设定为一固定值。

该步骤得到的外环半径即为活动PU的活动半径，活动PU的区域位置即为以第一步得到的活动PU的中心为中心(例如图4中的O)，以第三步得到的PU的外环半径(例如图4中的R_s)为半径的圆形区域。

本实施例得到的活动PU的区域位置是根据分簇的位置得到的，因此该方式下获取的活动PU的区域位置与分簇的位置有关。

图5为本发明第一实施例中获取活动PU的区域位置的方式二的方法流程示意图，图6、7为图5对应的系统结构示意图。该方法包括：

步骤51：各个感知中继站或感知用户终端独立感知中继站或感知用户终端附近是否有活动PU，并将感知结果以1bit信息的方式发送给感知基站。参见图6，系统中有多个感知中继站或感知用户终端。

步骤52：感知基站根据各感知中继站或感知用户终端的感知结果计算活动PU的活动区域。具体如下：

第一步，对于各感知到有活动PU的感知中继站或感知用户终端，取上述感知中继站或感知用户终端的位置坐标的最大和最小值，即取如下四个坐标：x_min、x_max、y_min、y_max。

第二步，根据上述四个坐标，得到活动PU的中心和内环半径。

中心(x_c，y_c)的计算公式为： $x_c=\frac{x_{\min }+x_{\max }}{2},$ $y_c=\frac{y_{\min }+y_{\max }}{2}$

内环半径R_c的计算公式为： $R_c=\frac{\sqrt{{(x_c-x_{\min })}^2+{(y_c-y_{\min })}^2}}{2}$

第三步，计算得到区域保护距离M(n)

计算公式为：M(n)＝min{M_res，M_max(n)}

其中，M_res＝dist(centerC，nodeA)-R_c是由未检测到PU的SU位置信息提供的限制距离，其中，centerC表示活动PU的中心O(x_c，y_c)，nodeA表示离中心第2近的未检测到PU的SU的位置，dist表示centerC与nodeA之间的距离。

$M_{\max }\left(n\right)=p_{\mathrm{semi}-c}\left(n\right)\×2R_p+(1-p_{\mathrm{semi}-c}\left(n\right))\×\frac{3}{2}{R}_p-R_c,$

M_max(n)是一个经验计算保护距离值，上述的计算公式不一定是最优的，也可以采用其他的公式计算，上述公式中：p_semi-c(n)表示n个报告“1”的SU位于一个半圆的概率，计算公式为：p_semi-c(n)＝0.5^n-2，R_p是一个经验值，可取为200m。

M_res对应的是报告0的第二近的SU位于报告0的第一近的SU的对角线位置，取保护间隔M(n)＝M_res。M_max(n)对应的是报告0的第二近的SU不位于报告0的第一近的SU的对角线位置，取保护间隔M(n)＝M_max(n)。

第四步，根据内环半径R_c和区域保护距离M(n)，得到外环半径R_s。

计算公式为：R_s＝R_c+M(n)

图6示出了M(n)＝M_res时的活动PU的区域位置，图7示出了M(n)＝M_max(n)时的活动PU的区域位置。

该步骤得到的外环半径即为活动PU的活动半径，活动PU的区域位置即为以第一步得到的活动PU的中心为O(x_c，y_c)，以第四步得到的PU的外环半径(例如图6、7中的R_s)为半径的圆形区域。

图8为本发明第一实施例中感知基站得到并记录路径信息及可传输功率的方法流程示意图。图9为本发明第一实施例中得到并记录路径信息及可传输功率的方法基于的系统结构示意图，可以理解的是，图9中示出的节点1-6可能是感知用户终端，也可能是感知中继站。参见图8及图9，本实施例包括：

步骤801：感知基站将得到的活动PU的区域位置，在控制信道上广播给全网络的感知用户终端和感知中继站。

步骤802：感知基站计算得到自身与各活动PU的距离d_{b，k}，k＝1，...，K，其中，K为活动PU的个数，在上述距离中得到最小值d_b＝min{d_{b，k}}。

步骤803：感知基站判断上述最小距离d_b是否小于预先设定的传输保护距离d-min，若是，执行步骤804，否则，执行步骤805。

步骤804：不能传输，需等待。

步骤805：根据最小距离d_b计算感知基站可传输的最大功率P。

为了保证活动PU不被干扰，P是受限定的，最大可传输功率P的计算公式可以如下： $P=\frac{I_0{\mathrm{\σ}}^2}{{\mathrm{\κ}}_0}{(d\_b)}^{\mathrm{\α}},$ 其中，I₀是活动PU的区域边界处PU接收机最大可承受的干扰噪声比，σ²为接收机噪声方差，κ₀为路径损耗乘数，α为路损指数。

步骤806：感知基站使用可传输功率P传输路径建立信息，其中包括目标感知用户终端的ID和位置坐标。

步骤807：感知基站判断在发送时间间隔TTI(Transmission TimeInterval，TTI)内是否收到接收节点发送的确认信息(ACK)，若是，执行步骤808，否则，执行步骤812。

步骤808：感知基站判断发送ACK的接收节点是否为目标感知用户终端，若是，执行步骤809，否则，执行步骤810。

步骤809：感知基站将目标用户终端记录为下一跳，并记录此时的可传输功率P。

某一感知中继站或感知用户终端的倒计时器在时间达到后可以向其他感知中继站或感知用户终端(包括感知基站和感知中继站)反馈ACK，感知中继站或感知用户终端可以监听其他感知中继站或感知用户终端是否发送ACK，其他的感知中继站或感知用户终端监听到ACK后停止自身倒计时。

步骤810：感知基站设置跳数m＝1。为了提高系统性能可以限定最大跳数，因此需要记录相应的跳数，当然，可以理解的是，本步骤是可选的。

步骤811：感知基站将反馈ACK的中继站记录为下一跳，并记录此时的可传输功率P。其他的感知中继站或感知用户终端监听到ACK后停止自身倒计时。

步骤812：感知基站判断已尝试连接次数是否超过最大尝试次数N_max，若是，执行步骤813，否则，重复执行步骤807。

步骤813：记录此目标感知用户终端的多跳路由不存在，并更换目标感知用户终端。

本实施例的感知基站根据与活动PU的距离计算可传输功率，可以保证活动PU不受干扰，因此可以应用于PU处于激活的状态，可以避免现有只在PU处于非激活状态才能为感知用户终端服务造成的服务不公平的问题。

图10为本发明第一实施例中感知中继站得到并记录路径信息及可传输功率的方法流程示意图。参见图9及图10，本实施例包括：

步骤1001：感知中继站接收到上一跳发送的路径建立信息后，设置跳数计数器m＝m+1。其中，上一跳可以为感知基站或者感知中继站。

步骤1002：感知中继站判断m是否小于预先设定的最大跳数M，若是，执行步骤1003，否则，执行步骤1005。

步骤1003：感知中继站计算得到自身与各活动PU的距离d_{b，k}，k＝1，...，K，其中，K为活动PU的个数，在上述距离中得到最小值d_b＝min{d_{b，k}}。其中，感知中继站可以在感知基站广播的消息中获取活动PU的位置信息。

步骤1004：感知中继站判断上述最小距离d_b是否小于预先设定的传输保护距离d-min，若是，执行步骤1005，否则，执行步骤1006。

步骤1005：保持沉默。之后，执行步骤1009。

步骤1006：感知中继站计算自身与目标感知用户终端的距离d_t，根据计算得到的距离设置倒计时器的时间初值，例如，将时间初值设置为T＝C×d_t，其中C为常数。可以理解是，倒计时器的时间初值也可以根据该感知中继点与目标感知用户终端之间的信道质量确定，例如，将时间初值设置为与信道质量成正比。

步骤1007：感知中继站判断在倒计时器的时间归零之前，是否监听到其他节点发送的ACK信号，若是，执行步骤1008，否则，执行步骤1010。

步骤1008：感知中继站停止倒计时器的计时，并将倒计时器归零。

步骤1009：等待下一轮调度。

步骤1010：感知中继站发送ACK，并记录上一跳。

步骤1011：感知中继站根据最小距离d_b计算可传输的最大功率P。

为了保证活动PU不被干扰，P是受限定的，最大可传输功率P的计算公式可以如下： $P=\frac{I_0{\mathrm{\σ}}^2}{{\mathrm{\κ}}_0}{(d\_b)}^{\mathrm{\α}},$ 其中，I₀是活动PU的区域边界处PU接收机最大可承受的干扰噪声比，σ²为接收机噪声方差，κ₀为路径损耗乘数，α为路损指数。

步骤1012：感知中继站使用可传输功率P传输路径建立信息，其中包括目标感知用户终端的ID和位置坐标。

步骤1013：感知中继站判断在TTI内是否收到接收节点发送的确认信息(ACK)，若是，执行步骤1014，否则，执行步骤1015。

步骤1014：感知中继站将反馈ACK的节点记录为下一跳，并记录此时的可传输功率P。

步骤1015：感知中继站判断已尝试连接次数是否超过最大尝试次数，若是，执行步骤1016，否则，重复执行步骤1013。

步骤1016：记录此目标感知用户终端的多跳路由不存在，并更换目标感知用户终端。

本实施例的感知中继站根据与活动PU的距离计算可传输功率，可以保证活动PU不受干扰，因此可以应用于PU处于激活的状态，可以避免现有只在PU处于非激活状态才能为感知用户终端服务造成的服务不公平的问题。

感知基站和感知中继站在PU的不同活动状态下，可以根据上述方法建立目标感知用户终端与路径信息及可传输功率的对应关系。根据上述对应关系，感知基站和感知中继站可以分别建立由路由项组成的路由表，路由项包括目标感知用户终端与路径信息及可传输功率的对应关系。并且，感知基站中的路由项中的路径信息包括下一跳节点，其中的路由项还可以包括路由信息、PU活动状态信息和位于哪个PU覆盖范围的内部信息。感知中继站中的路由项中的路径信息为上一跳节点和下一跳节点，其中的路由项还可以包括路由信息。具体的感知基站中建立的路由表可参见表1，感知中继站中建立的路由表可参见表2。

表1

表2

C-CPE编号	上一跳节点	下一跳节点	传输功率	路由信息
					1	BS	R3	P11	(d1，f1，1，1，m11)
1	BS	R4	P12	(d3，f3，3，1，m13)
					2	R1	R3	P2	(d，f，1，2，m2)
3	R2	R4	P3	(d，f，2，3，m3)

在表1中，针对每个C-CPE，有多条活跃路径，每条活跃路径对应下一跳节点序号(next hop index)；可传输功率(transmit power)一栏对应的C-BS传输到相应下一跳节点所采用的最大可传输功率；上述这两项在建立路由的过程中会被记录的。路由信息(route info)一栏对应的信息是路径建立时的时间、建立后使用次数、第n条路径、目标用户终端k、权重指数；其中，路径建立时的时间可以在确定路径时得到对应的时间，建立后使用次数及权重指数可以在具体使用后更新，初始值可以设置为0。PU活动状态(PU State)一栏对应的信息是每条活跃路径所对应的网络中PU状态；内部(Inside)一栏对应的信息是该C-CPE在哪个PU的覆盖范围内，PU的覆盖范围是获得的活动PU的区域位置加上传输保护距离对应的区域。在C-BS处存有通向所有C-CPE节点的路由信息，以C-CPE序号排序，并记录此C-CPE是否在某个PU覆盖范围内。对每个C-CPE，存有1～V条活跃路径，对应不同PU活动状态，其中直传路径(对应没有PU活动的状态)是默认路径，剩余V-1活跃条路径则是对应不同PU活动状态的多跳路径。对于每一条多跳活跃路径，C-BS需存储：下一跳接收节点的信息(next hop index)、基站的发送功率(transmit power)(根据不干扰活动最邻近的PU系统计算而得，在路径建立时已计算好)、对应路径的信息标识(route info)(建立时间，建立后使用次数，第n条，给用户终端k，权重)、此条活跃多跳路由对应的PU状态。

在表2中，针对某条活跃路径上的一个C-RS，保存其上一跳(pre hop)节点和下一跳(next hop)节点的标识。在每个中继存有通向部分CPE节点的路由信息，以CPE序号排序；对于每一条多跳活跃路径，每个中继仅需存储：前后两跳节点的信息(previous hop/next hop index)、中继的发送功率(transmit power)(根据不干扰活动最邻近的PU系统计算而得，在路径建立时已计算好)、对应路径的信息标识(route info)(建立时间，建立后使用次数，第n条，给用户终端k，权重)。

上述路由表是在传输数据之前预先建立的，当网络拓扑发生变化时可以对已建立的路由表进行更新，此处的网络拓扑变化是指新的活动PU被检测、或活动的PU去激活、或SU位置变化、或新的SU接入网络、或激活的SU退网等这些事件。以新的活动PU被检测为例，事件驱动路由表更新的流程如下：

图11为本发明实施例中路由表进行添加的方法流程示意图，包括：

步骤1101：感知基站判断是否有目标感知用户终端落入新的活动PU的覆盖范围内，若是，执行步骤1102，否则，执行步骤1105。感知基站可以根据两者的位置来确定。

步骤1102：感知基站将新的活动PU的区域位置广播给感知中继站或感知用户终端。

步骤1103：感知中继站根据已建立的路由表，判断已有的可传输功率是否干扰该新的活动PU，若是，执行步骤1104，否则，执行步骤1105。

具体可以为：当路由表中的功率小于等于 $P=\frac{I_0{\mathrm{\σ}}^2}{{\mathrm{\κ}}_0}{(d\_b)}^{\mathrm{\α}}$ 时为不干扰，否则为干扰。上述公式中各参数的含义可参见步骤805。

步骤1104：按照上述路由建立方法，得到新的路由项，将该新的路由项添加路由表中。

步骤1105：停止路由表的更新。

上述对添加流程进行了描述，对于删除流程可以执行如下操作：路径的删除是以事件为驱动，当有CPE对应存储的路径数量大于指定门限V时，感知基站或感知中继站选择具有权重最小的路径进行删除。每条路径的权重可选择为该路径在整个活跃路由集合中被使用的频率(百分比值)，并进行周期性更新。具体而言，权重的计算为：对于每跳活跃路径，在每次选中之后，基站在发送前将此路径的使用次数+1；路径的权重可计算为“当前路径的使用次数/(当前系统时间-路径建立时间)”，因此，使用越频繁、建立时间越晚的路径，权重越大。权重的计算也可以采用其他公式计算，能体现这种关系即可。由于此权重值可通过路径信息存储中的“路径建立时间”和“建立后使用次数”，以及“当前系统时间”计算而得，故渐近式路径权重更新仅发生在需要改变路由的时候

本实施例根据事件驱动路由表的更新，并在更新过程中判断已有的信息是否影响新的事件，不影响不进行更新，影响时建立对应事件的路由项，可以节省系统开销，避免现有频繁建立路由表造成的系统开销较大的问题。

在上述已建立路由表的基础上，本发明实施例可以根据路由表进行数据传输。

图12为本发明第二实施例的数据传输方法的流程示意图，包括：

步骤1201：根据感知结果确定不同区域位置的PU的活动状态；

步骤1202：在已建立的路由表中选择与所述PU的活动状态对应的路径信息和可传输功率，所述路由表是根据活动PU的区域位置和目标节点的信息，预先建立的；

步骤1203：根据所述路径信息，采用所述可传输功率，传输待传输的数据。

其中，路由表可以根据上述方法预先建立，在此不再赘述。

进一步地，各节点可以根据数据传输时选择的路经更新已建立的路由表，实时适应系统的需求。

本实施例根据活动PU的区域位置和目标节点的信息得到相关的路径信息，可以保证在服务SU时不干扰活动的PU，并且无需频繁建立路由，可以提高系统性能；通过根据感知结果实时获取PU的状态，可以满足PU瞬时变换的需求。

为了说明本发明实施例的技术效果，本发明实施例还进行了仿真。仿真参数如下：

网络拓扑结构：

1.C-BS位于坐标(0，0)，感知网络半径为2.0km。

2.一个PU系统位于坐标(1.2，0)，活动区域半径0.2km。

3.N个C-CPE随机均匀分布于整个感知网络的覆盖范围内

4.N个C-RS随机均匀分布于整个感知网络的覆盖范围内(在仿真中，我们随机均匀地产生N个坐标位置，放置一个中继，并认为同一位置附近有一C-CPE节点)

网络调度策略：

1.系统时间被划分为等长的时隙，每一跳的传输需要一个时隙，故m跳传输需要m时隙；

2.基站以轮询(Round-Robin)的方式进行调度。在每轮调度时间内，每个有可能传输路径的C-CPE将被基站依次调度。为公平比较，无论对直接传输还是多跳传输，基站每一轮调度的时间长度为T_sch个时隙，且系统中每个C-CPE在调度中最多被调度N_max次；

3.假设每个C-CPE将存储两条活跃路径(active route)，一条为直传路径，一条为避开PU的多跳路径。当PU不活动时，采用直传路径，而PU活动时，则采用多条路径。

4.在每个时隙中，PU以p的概率处于活动状态，以1-p的概率处于不活动状态。

5.信道相关时间为T_c，在相关时间内信道不变，在不同相关时间之间独立同分布。这里假设平坦瑞利衰落，故信道增益服从指数分布。

时间相关参数：

1.整个仿真持续1000,000＝1e6个时隙

2.每次拓扑变化间隔T_topo＝1e4时隙

3.每轮调度时间为T_sch＝2*1e2时隙

4.信道相关时间(信道状态保持不变的时间)为T_c＝10时隙其他参数：

5.信道带宽B＝6MHz

6.大尺度衰落参数k_0＝1，路径损耗指数alpha＝4

7.最大发送功率限制为P_max＝4Watt

8.接收端高斯白噪声功率N_0＝1e-12Watt

9.成功接收一个数据包所需的信噪比为\beta＝3dB

10.干扰门限I_0＝0dB(高于此门限则对主用户终端造成有害影响，必须避免)

11.最大跳数M＝5

12.每跳最短距离D_min＝0.2km

每个CPE在每轮调度中最大被调度次数N_max＝3

得到的仿真结果为：

图13为针对感知中继站或感知用户终端个数与吞吐量的关系，现有直传方式与本发明实施例的对比关系曲线图，图14为针对主用户终端的活跃性与吞吐量的关系，现有直传方式与本发明实施例的对比关系曲线图，图15为针对感知中继站或感知用户终端个数与服务公平性的关系，现有直传方式与本发明实施例的对比关系曲线图，图16为针对主用户终端的活跃性与服务公平性的关系，现有直传方式与本发明实施例的对比关系曲线图。

从图13可以看出：系统总吞吐量随感知中继站或感知用户终端(包括感知C-RS和感知C-CPE)数增加而增加。这是由于，当不考虑系统的公平性时，被服务用户终端数目的增大使得每次基站可以进行有效服务的可能性相应增加，因而增大了系统的平均吞吐量。

从图14可以看出：随着PU活跃性的增大，对于直接传输的方式来说，从用户终端系统的吞吐量概率直线下降。而对于本发明实施例提出的方式，由于多跳中继的存在，使得下降的速度明显减慢，体现本发明实施例的路由方式上系统吞吐量的鲁棒特性。

从图15可以看出：对于直接传输的情况来说，中继数量的增加无法在公平性上获得体现。但在本发明实施例提出的多跳中继方式中，平均被服务的概率随着中继的增加而增加。这就说明本发明实施例提出的方式对提高边缘用户终端的公平性是相当有帮助的。

从图16可以看出：随着主用户终端活跃性的增大，从用户终端被服务的概率直线下降。对于直接传输的方式来说，下降尤为明显。而对于本发明实施例提出的方式，由于多跳中继的存在，使得下降的速度明显减慢，体现本发明实施例的路由方式上的可靠性和公平性。

图17为本发明第三实施例的路由建立装置的结构示意图，包括第一模块171、第二模块172和第三模块173。第一模块171用于确定目标节点；第二模块172用于获取活动PU的区域位置；第三模块173与所述第一模块171和第二模块172连接，用于根据所述区域位置和目标节点的信息，逐跳得到并记录端到端路径信息及不干扰主用户终端的可传输功率。

其中，所述装置可以设置在感知基站处；此时，所述第二模块具体用于接收各分簇发送的感知结果，所述感知结果表明对应的分簇是否感知到有活动PU；根据感知到有活动PU的分簇的位置，得到活动的PU的区域位置；或者，所述第二模块具体用于接收各感知中继站或感知用户终端发送感知结果，所述感知结果表明对应的感知中继站或感知用户终端是否感知到有活动PU；根据感知到有活动PU的感知中继站或感知用户终端的位置，得到活动PU的区域位置。

或者，所述装置可以设置在感知中继站或者感知用户终端处；此时，所述第二模块具体用于接收感知基站广播的活动PU的区域位置。

本实施例可以进一步包括第四模块，与所述第三模块连接，用于建立路由表，所述路由表由路由项组成，所述路由项包括目标节点及对应的不同区域位置的PU的活动状态和路径信息及可传输功率的，所述路由项还包括路由信息，所述路由信息包括路径建立时的时间、建立后使用次数和权重信息。

本实施例还可以进一步包括第五模块和第六模块，第五模块用于检测是否有新的活动PU被检测到，或者目标节点的位置发生变化，或者新的目标节点接入，第六模块与所述第四模块和第五模块连接，用于当新的活动PU被检测到，或者目标节点的位置发生变化，或者新的目标节点接入时，根据变化后的活动PU的位置和目标节点的位置及已建立的路由表，判断已存在的可传输功率是否干扰活动PU；在干扰活动PU时，重新建立目标节点与PU的活动状态和路径信息及可传输功率的对应关系并添加进已建立的路由表中；否则，无需更新已建立的路由表。

本实施例还可以进一步包括第七模块，与所述第四模块连接，用于当已建立的路由表中保存的路径信息超过预先设定的门限值时，根据权重信息删除已建立的路径。

本实施例根据活动PU的区域位置和目标节点的信息得到相关的路径信息，可以保证在服务SU时不干扰活动的PU，并且无需频繁建立路由，可以提高系统性能。

图18为本发明第四实施例的数据传输装置的结构示意图，包括第八模块181、第九模块182和第十模块183。第八模块181用于根据感知结果确定不同区域位置的PU的活动状态；第九模块182与所述第八模块181连接，用于在已建立的路由表中选择与所述PU的活动状态对应的路径信息和可传输功率，所述路由表是根据活动PU的区域位置和目标节点的信息，预先建立的；第十模块183与所述第九模块182连接，用于根据所述路径信息，采用所述可传输功率，传输待传输的数据。

本实施例还可以包括第十一模块，与所述第九模块连接，用于建立路由表，所述路由表由路由项组成，所述路由项包括PU的活动状态与路径信息及可传输功率的对应关系，所述路由项还包括路由信息，所述路由信息包括路径建立时的时间、建立后使用次数和权重信息。

本实施例还可以进一步包括第十二模块，与所述第十一模块连接，用于根据选择的路径信息更新所述路由表中的建立后使用次数和权重信息。

本实施例根据活动PU的区域位置和目标节点的信息得到相关的路径信息，可以保证在服务SU时不干扰活动的PU，并且无需频繁建立路由，可以提高系统性能；通过根据感知结果实时获取PU的状态，可以满足PU瞬时变换的需求。

综上所述，本发明实施例是逐跳建立路由，因此可以应用于多跳系统中；本发明实施例根据处于活动状态的PU的位置建立路由及得到可传输功率，可以在为SU服务时，避免对PU的干扰，提高系统性能，同时，由于建立的是端到端的路由，无需目标节点将所有的路由信息再回传给源节点，可以使建立的路由算法简单，进一步提高系统性能；本发明实施例通过在系统变化引起对活动PU的干扰时进行路由表更新，不干扰则保持路由表，可以避免频繁更新路由表造成的开销较大问题，进一步提高系统性能。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (14)

1.一种路由建立方法，其特征在于，包括：

确定目标节点；

获取处于活动状态的主用户终端的区域位置；

根据所述区域位置和目标节点的信息，逐跳得到并记录端到端的路径信息及不干扰主用户终端的可传输功率，具体包括：

根据所述区域位置，逐跳计算感知节点自身与各处于活动状态的主用户终端的距离，确定其中的最小距离；在所述最小距离大于预先设定的传输保护距离时，根据所述最小距离确定所述可传输功率；以所述可传输功率发送路由建立信息，以使接收节点反馈与该路由建立信息对应的确认信息；将反馈所述确认信息的接收节点作为下一跳节点，记录所述下一跳节点和所述可传输功率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取处于活动状态的主用户终端的区域位置包括：

感知基站接收各分簇发送的感知结果，所述感知结果表明对应的分簇是否感知到有处于活动状态的主用户终端；根据感知到有处于活动状态的主用户终端的分簇的位置，得到处于活动状态的主用户终端的区域位置；或者，

感知基站接收各感知中继站或感知用户终端发送的感知结果，所述感知结果表明对应的感知中继站或感知用户终端是否感知到有处于活动状态的主用户终端；根据感知到有处于活动状态的主用户终端的感知中继站或感知用户终端的位置，得到处于活动状态的主用户终端的区域位置。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据感知到有处于活动状态的主用户终端的感知中继站或感知用户终端的位置，得到处于活动状态的主用户终端的区域位置包括：

所述感知基站在所述感知到有处于活动状态的主用户终端的感知中继站或感知用户终端中确定最大和最小位置坐标；

所述感知基站根据所述最大和最小位置坐标得到所述区域位置的中心和内环半径；

所述感知基站根据所述感知到有处于活动状态的主用户终端的感知中继站或感知用户终端的个数确定区域保护距离；

所述感知基站根据所述内环半径和区域保护距离得到所述区域位置的外环半径。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取处于活动状态的主用户终端的区域位置包括：

感知中继站或感知用户终端接收感知基站广播的处于活动状态的主用户终端的区域位置。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当存在上一跳节点时，该方法还包括：

接收上一跳节点发送的路由建立信息，所述路由建立信息包括目标节点的信息；

接收到所述路由建立信息后，根据所述目标节点的信息设置倒计时器；

在没有监听到其他感知节点发送的确认信息且倒计时器的时间归零后，向其他感知节点广播确认信息，并记录所述上一跳节点。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

所述目标节点的信息包括目标节点的位置，所述根据目标节点的信息设置倒计时器包括：根据所述目标节点的位置计算自身与目标节点的距离，根据自身与目标节点的距离设置倒计时器；或者，

所述目标节点的信息包括目标节点的标识，所述根据目标节点的信息设置倒计时器包括：根据所述目标节点的标识确定自身与目标节点之间的信道质量，根据自身与目标节点之间的信道质量设置倒计时器。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述区域位置和目标节点的信息，逐跳得到并记录端到端的路径信息及不干扰主用户终端的可传输功率之后，还包括：

建立路由表，所述路由表由路由项组成，所述路由项包括目标节点及对应的不同区域位置的主用户终端的活动状态和路径信息及可传输功率，所述路由项还包括路由信息，所述路由信息包括路径建立时的时间、建立后使用次数和权重信息。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当新的处于活动状态的主用户终端被检测到，或者目标节点的位置发生变化，或者新的目标节点接入时，该方法还包括：

根据变化后的处于活动状态的主用户终端的位置和目标节点的位置及已建立的路由表，判断已存在的可传输功率是否干扰处于活动状态的主用户终端；

在干扰处于活动状态的主用户终端时，重新建立目标节点与不同区域位置的主用户终端的活动状态和路径信息及可传输功率的对应关系并添加进已建立的路由表中；在不干扰处于活动状态的主用户终端时，无需更新已建立的路由表。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：当已建立的路由表中保存的路径信息超过预先设定的门限值时，根据权重信息删除已建立的路径。

10.一种路由建立装置，其特征在于，包括：

第一模块，用于确定目标节点；

第二模块，用于获取处于活动状态的主用户终端的区域位置；

第三模块，与所述第一模块和第二模块连接，用于根据所述区域位置和目标节点的信息，逐跳得到并记录端到端的路径信息及不干扰主用户终端的可传输功率，具体用于：

根据所述区域位置，逐跳计算感知节点自身与各处于活动状态的主用户终端的距离，确定其中的最小距离；在所述最小距离大于预先设定的传输保护距离时，根据所述最小距离确定所述可传输功率；以所述可传输功率发送路由建立信息，以使接收节点反馈与该路由建立信息对应的确认信息；将反馈所述确认信息的接收节点作为下一跳节点，记录所述下一跳节点和所述可传输功率。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，

所述装置设置在感知基站处，

所述第二模块具体用于接收各分簇发送的感知结果，所述感知结果表明对应的分簇是否感知到有处于活动状态的主用户终端；根据感知到有处于活动状态的主用户终端的分簇的位置，得到处于活动状态的主用户终端的区域位置；或者，

所述第二模块具体用于接收各感知中继站或感知用户终端发送感知结果，所述感知结果表明对应的感知中继站或感知用户终端是否感知到有处于活动状态的主用户终端；根据感知到有处于活动状态的主用户终端的感知中继站或感知用户终端的位置，得到处于活动状态的主用户终端的区域位置。

12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，

所述装置设置在感知中继站或者感知用户终端处；

所述第二模块具体用于接收感知基站广播的处于活动状态的主用户终端的区域位置。

13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括：

第四模块，与所述第三模块连接，用于建立路由表，所述路由表由路由项组成，所述路由项包括目标节点及对应的不同区域位置的主用户终端的活动状态和路径信息及可传输功率的，所述路由项还包括路由信息，所述路由信息包括路径建立时的时间、建立后使用次数和权重信息。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，还包括：

第五模块，用于检测是否有新的处于活动状态的主用户终端，或者目标节点的位置发生变化，或者新的目标节点接入；

第六模块，与所述第四模块和第五模块连接，用于当新的处于活动状态的主用户终端被检测到，或者目标节点的位置发生变化，或者新的目标节点接入时，根据变化后的处于活动状态的主用户终端的位置和目标节点的位置及已建立的路由表，判断已存在的可传输功率是否干扰处于活动状态的主用户终端；在干扰处于活动状态的主用户终端时，重新建立目标节点与不同区域位置的主用户的活动状态和路径信息及可传输功率的对应关系并添加进已建立的路由表中；在不干扰处于活动状态的主用户终端时，无需更新已建立的路由表。

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