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1、江苏省普通高校研究生科研创新计划江苏省普通高校研究生科研创新计划项项 目目 申申 请请 书书申 请 者 姓 名： 顾 金 媛 研 究 生 类 别： 博士研究生 硕士研究生攻 读 方 式 ： 非 定 向 定 向 委托培养 自筹经费 专 业 名 称 ： 通信与信息系统 研 究 方 向 ： 现代通信理论与技术 申请项目名称：认知无线 Mesh 网络路由算法的研究 所 在 学 校 ： 南通大学 江苏省学位委员会江苏省教育厅制表填 表 说 明一、填写本表前，应先仔细阅读江苏省普通高校研究生科研创新计划项目实施与管理办法等有关文件及本说明，务必实事求是填写。二、本表作为江苏省普通高校研究生科研创新计划项目
2、立项评审与立项课题存档备查之用，用 A4 纸打印，一式 5 份报送省教育厅。三、配套经费包括单位、院系配套经费及项目组自筹经费。单位配套经费数额请在学校审核意见栏目内予以注明。四、填写本表栏目时，如需要可加附页。五、本表所有信息必须全部填写，不存在的内容一律填“无”1项目名称 认知无线 Mesh 网络路由算法的研究项目类别A.哲学社会科学项目 B.自然科学项目申请 经费3 万元起止 年限2009 年 8 月至 2011 年 5 月专 业 代 码081001专业 名称通信与信息系统重点 学科国家级 省 级 项 目 概 况研究方向现代通信网络技术姓 名顾金媛性 别女出生年月1986.01硕士入学年
3、月2008.09申请 人所 在 院 系电子信息学院联系 电 话13773622 825电子 信箱08110001 姓 名章国安性 别男出生年月1965.04备注无主要研究方向 无线通信网络、无线 Mesh 网络、无线传感器网络近三年在国内外核心刊物发表论文共 3 篇，出版专著（译著） 0 部近三年获奖成果： 国家级 0 项，部省级 1 项目前承担科研项目：国家级 2 项，部省级 3 项指 导 教 师近三年支配科研经费 24 万元，年均 8 万元2（含研究内容的创新点）研究内容及研究内容及创创新点：新点： 在构建认知无线 Mesh 网络接入控制系统模型并对其进行理论分析基础上，研 究认知无线 M
4、esh 网络拓扑结构自组织建立与管理策略，减少可用频谱变化导致网 络分割的影响，设计适用于认知无线 Mesh 网络的自适应路由算法，包括路由度量定 义、路径选择和信道分配算法、和路由自动恢复机制等，以解决可用频谱在时间和空 间上的不连续性引起的状态信息陈旧性问题，提高网络性能。技技术术指指标标： ：（1）提出一种认知无线 Mesh 网络分布式自适应路由算法；（2）提出新路由算法的网络仿真模型。以上的研究成果主要以学术论文的形式递交，拟在国内外学术刊物或国际会议上发表相关学术论文 3 篇。参加国际学术会议 1-2 次。项 目 主 要 研 究 内 容 及 技 术 指 标 （限 300 字）主题词（
5、不超过 3 个）认知无线电；无线 Mesh 网络；路由项目名称应简洁明了，字数限 25 个汉字内；申请额度：社科类项目不超过 1 万元，自然科学类项 目不超过 3 万元。备注一栏如是院士填写 A，奖励计划特聘教授填 B，国家杰出青年基金获 得者填 C，国家突出贡献中青年专家填 D，国务院学科评议组成员填 E。、立立项项依据依据（包括项目来源，研究意义，国内外研究现状、水平和发展趋势，选题的独创性等，并附主要参考文献及出处）随着飞速演进的无线技术不断朝着宽带化、无缝化、智能化等趋势发展，越来越多的用户通过这些技术以无线的方式接入互联网，在无线通信的技术发展上我们不得不面对的瓶颈之一与挑战之一就是
6、频谱资源的不足。现行的频率资源分配模式是固定的，即授权用户也就是首要用户(Primary Users, PUs)使用规定频段, 非授权用户也就是次要用户(Secondary Users, SUs)不得使用。因此，一旦授权用户暂停使用规定频段，整个频谱资源就被浪费1。认知无线电(CR, Cognitive Radio)为人们展示了频谱高效利用和各种无线设备共存的美好前景，通过感知时域、频域和空间域等三维空间中的无线通信环境，自动搜寻并利用这些闲置频段，根据一定的学习和决策算法，实时自适应地改变系统工作参数，动态地检测和有效地利用空闲频谱，理论上允许在时间、频率以及空间上进行多维的频谱复用，这将大
7、大降低频谱和带宽限制对无线技术发展的束缚。3学术界和工业界已经提出了一些适用于认知无线电网络的体系结构，支持多信道多接口的无线 Mesh 网络被列为其中2，形成了认知无线 Mesh 网络(Cognitive Wireless Mesh Network, CogWMN)。CogWMN 作为一种智能无线网络，它能感知外部环境，根据当前环境状态做出智能决策来适应传输参数。譬如通过当地环境协调信息，决定路由以及信道分配。目前对 CRN 的研究主要集中在频谱感知和频谱管理方面，CogWMN 的路由是一个还没有深入研究的问题。在传统的 ad hoc 网络里，使用固定频谱，路由设计的主要问题是节点的移动性所
8、带来的网络拓扑的动态性；在 CogWMN 中，节点利用频谱空穴 “机会主义”地接入网络，其可用频谱是动态变化的，动态频谱接入(DSA)赋予多跳 Mesh 网络很多新特点，使得研究新的路由算法很有必要。文献3提出在动态频谱网络内路由与频谱选择方案采用协作式方案能提高网络性能表现。文献4提出认知无线电网络(CRN)中频谱感知 Mesh 路由策略，该策略指出它所选择的最优路径考虑的因素是：跳数，端到端的吞吐量以及频谱利用率，并且计算多条源端到终端的路径，但是最终选择的路径根据各节点的可用信道达到“暂时”的最好性能。此策略虽然能够获得较好的性能，但是寻路时间较长。文献5提出的多跳 CRN 频谱感知算法
9、使用的是单收发器，算法考虑到硬件切换时延与协议时延所带来的影响，路由协议对原 AODV 做了改进，但是 RREQ 在所有的可用信道上广播，如果节点增多和可用信道数量增加这会造成网络性能的下降，所以限制了可用信道的数量。文献6对带有认知无线电的无线 Mesh 网络Qos 路由进行研究，指出选择的路径需要满足带宽要求，并通过链路容量与链路干扰加权的方法选择路径。此外关于 CogWMN 信道分配方案的文献有7,8等。基于以上背景，本项目结合 CR 和 WMN 技术特性，研究基于路由度量定义、路径选择和信道分配算法，以及各种自动恢复机制等，争取在设计适用于认知无线 Mesh 网络的自适应路由算法方面有
10、所突破与创新。参考文献：41 李礼,秦彬,张春元.动态频谱访问无线网络的研究展望J. 计算机工程, 2007. 33(22):124-126.2 朱江,李少谦.认知无线电网络构架与协议体系J.中兴通讯技术,2007.13(3):05-08.3 Qiwei Wang, Haitao Zheng. Route and spectrum selection in dynamic spectrum networksC.Consumer Communications and Networking Conference, 2006. (1):625-629.4 Ioannis Pefkianakis, S
11、tarsky H.Y. Wong, Songwu Lu. Samer: spectrum aware mesh routing in cognitive radio networksC. DySPAN 2008, 2008. 1-5 5 Huisheng Ma, Lili Zheng, Xiao Ma, Yongjian luo. Spectrum aware routing for multi-hop cognitive radio networks with a single transceiverC.Cognitive Radio Oriented Wireless Networks a
12、nd Communications, 2008. 1-6.6 Roberto Hincapie, Jian Tang, Guoliang Xue, Roberto Bustamante. Qos routing in wireless mesh networks with cognitive radiosC.Global Telecommunications Conference, 2008. 1-5.7 Chunsheng Xin, Liangping Ma, Chien-Chung Shen. A distributed adaptive channel assignment algori
13、thm for dynamic spectrum access mesh networksC.Communications and Networking in China, 2008. 1178-1182.8 Dusit Niyato, Ekram Hossain. Cognitive radio for next-generation wireless networks: an approach to opportunistic channel selection in IEEE 802.11-based wireless mesh J. IEEE wireless communicatio
14、ns, 2009. 16(1):46-54.二、研究目二、研究目标标、研究内容和、研究内容和拟拟解决的主要解决的主要问题问题1、研究目、研究目标标 构建 CogWMN 的系统模型，研究适用于 CogWMN 分布式自适应路由算法。2、研究内容、研究内容 设计 CogWMN 路由算法，包括路由度量定义、路径选择和信道分配算法、和路由自动 恢复机制等。 3、 、拟拟解决的主要解决的主要问题问题 (1) 研究适用于 CogWMN 的拓扑管理方案，评价“频谱空穴”变化对网络分割的影响。 分布式自组织拓扑结构算法要求网络内节点根据 CR 检测未被占用的“空白区域”，形 成“频谱机会集合”，获得可用信道集，
15、并从中选取合适的工作信道。分布式自组织拓扑结构5算法通过发现邻节点，获得邻节点的可用信道集等节点信息，掌握两跳内网络拓扑信息，为 自适应路由算法提供各种必需的参数。周期进行“频谱空穴”的检测可解决可用频谱在时间 和空间上的不连续性引起的资源效率低和状态信息陈旧性问题。 (2) 将信道分配与路由发现联合设计，提高频谱复用率和增加 CogWMN 的传输容量。 传统的 ad hoc 路由协议大致可分为三类：一类是表格驱动路由协议，该协议的优点是获得路由时间可忽略不计，缺点是不论是否需要，都要求周期更新路由，开销比较高。另一类 是按需路由协议，该协议的优点是不需要周期性路由更新，缺点是获得路由的等待时间较长。 第三类为前两种类型的混合式。动态频谱接入赋予 CogWMN 很多新特点，由于网络内频谱 空穴也会随机变化，即使 CogWMN 使用按需路由协议，路径稳定性和持久性由于首要用户 的出现而变动，因此增加了设计 CogWMN 自适应路由算法的复杂性。 (3) 设计满足自适应和满足 QoS 的多准则路由判据。 传统的无线 Mesh 网络路由判据可分为多判据路由，多信道路由，多径路由，分级路由， 跨层路由，QoS 路由以及基于地理位置信息的路由等。由于 CogWMN 的自身特点，限制了 路由协议开销不能过高。由于 CogWMN
