随着无线通信技术的快速发展，有限的开放频谱资源已经不能满足日益增长的无线应用的需求了。与此同时，美国联邦通信委员会在无线频谱资源使用情况的分析报告中指出，授权频谱的平均使用率在15%~85%[1]。为了解决这一问题，引入了Joseph Mitola博士提出的具有动态频谱接入功能的认知无线电CR(Cognitive Radio)技术,该技术从频谱再利用的角度出发，能够有效地缓解频谱分配不均的问题。认知无线Mesh网络CogWMN(Cognitive Wireless Mesh Network)就是将认知无线电和宽带无线Mesh网络相结合的具有认知能力的新型宽带无线网络，该网络有两种用户类型：主用户PU(Primary Users),即具有频谱资源使用权的用户;次用户SU(Second Users),即临时使用授权频谱资源的用户[2]。目前针对CogWMN的研究主要集中在物理层和MAC层[3]，而对路由算法的研究正处于起步阶段，研究成果并不多。
　现有的CogWMN路由协议主要都是在传统的AODV等一些按需路由协议的基础上进行改进。参考文献[4]在AODV的基础上提出了一种新型的认知mesh网路由协议，该算法引入了信道优先次序表CPL(Channel Priority List)，CPL中的信道是根据PU用户对信道占用率的情况，从小到大进行排序，数据传输时优先使用表中的第一个信道，但是该协议在路由选取时，把每条路径的传输时延作为路由选择依据，缺乏对路由稳定性的考虑。参考文献[5]以参考文献[4]为基础提出了一种稳定的路由选择算法——RASR算法。该算法在考虑稳定性时将CPL的长度作为判定链路稳定的依据。但是该算法仍存在以下两个问题：(1)RREQ包中存在冗余的字段；(2)在选择路径时，只把信道优先次序表CPL的长度作为链路稳定性的判定依据，认为CPL越长，可供切换的信道越多，链路就越稳定，没有考虑CPL中每个信道的信道利用率对链路稳定性的影响。
    本文针对以上缺点提出了一种改进的路由算法——基于主用户活跃度的路由算法RPA(Routing based on Primary-user Activity)，该算法减小了网络中的控制开销，提高了网络中数据传输的成功率，减小了数据包平均端到端时延。
1 系统模型
    假设在CogWMN中有P个主用户和S个次用户，它们均是静止的。P个主用户代表有P个授权信道，每个次用户配有一个用于传输控制信息的传统收发机和两个用于数据传输的可调收发机。传统收发机工作在全局控制信道上，可调收发机工作在授权信道上。同时，在本文中假设每个次用户能够准确地感知到可用的授权信道[6]。


2.3 路由算法描述
2.3.1 路由发现    
    当节点开始发送数据时,若路由表中无有效路由，则通过全局控制信道广播RREQ报文，其中RREQ包格式如图2所示。当中间节点收到RREQ报文时，首先判断是否是重复的RREQ报文,如果是,则丢弃;否则,提取RREQ中的SOP信道信息与本地节点的存储的SOP信息相比，看是否存在公共的信道，如果没有公共信道，则丢弃。如果有公共信道，则通过θn计算出CPL[3]，然后通过CPL根据式(5)和式(7)计算出参数T和参数L，并放入到新的RREQ包中，然后继续转发。2.3.2 路由回复
    目的节点D会收到多个来自不同路径的RREQ包。为了对多条路径进行筛选，当目的节点收到第一个RREQ包时启动定时器T；当定时器超时之后，通过式(9)选择一条RM大的路由，回复RREP报文。
2.3.3 路由维护
    路由维护算法与RASR的路由维护算法一致，在此不再一一赘述。
3 仿真结果
3.1仿真参数
    为验证算法性能，在网络工具OPNET[8]上，对RASR算法和新提出的RPA算法进行了性能比较。其仿真参数如表1所示。

3.2 仿真结果及分析
    图3是在PU活动概率不同的情况下，RASR算法与RPA算法数据分组传输成功率的比较。与RASR算法相比，RPA算法具有更大的数据分组传输成功率。这是由于RPA算法在路径选择时考虑了PU用户对信道的利用率，从而RPA算法选择的路径要比RASR算法稳定一些，进而减小了链路中断的可能性，增加了数据分组传递的成功率。由于链路中断的可能性减小，路由修复的次数也就减少，从而数据包能及时到达目的节点，如图4所示，与RASR算法相比RPA算法的平均端到端时延会减小。

　图5是在PU个数不同的情况下，RASR算法与RPA算法控制开销的比较。由图5可见，与RASR算法相比，RPA算法具有更低的网络控制开销。这归功于RREQ包长度的减少。
    本文针对RASR路由算法存在冗余的控制开销以及选路时未考虑PU对信道利用率而导致路径不稳定的问题，提出了RPA路由算法，通过捎带式发布链路状态信息和根据主用户信道利用率选路机制解决了以上问题。理论分析和仿真结果表明RPA算法相对于RASR算法，在成功率、平均端到端时延、控制开销上具有更好的性能表现。
参考文献
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[3] 张新春, 何世彪, 葛利嘉. 基于频谱差异的动态频谱分配博弈算法[J]. 重庆邮电大学学报(自然科学版),2012,24(1):20-23.
[4] PARVIN S, FUJII T. A novel spectrum aware routing  scheme for multi-hop cognitive radio mesh networks[C].  In IEEE Pimrc, 2011:572-576.
[5] PARVIN S, FUJII T. Radio environment aware stable routing for multi-hop cognitive radio networks[C]. In IEEE Pimrc, 2012:944-949.
[6] YUCEK T,ARSLAN H. A survey of spectrum sensing algorithms for cognitive radio applications[J]. IEEE Communication Surveys and Tutorials, 2009,11(1):116-130.
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[8] 李馨. OPNET Modeler网络建模与仿真[M]. 西安: 西安电子科技大学出版社, 2006:148-218.