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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410751607.3 (22)申请日 2014.12.09 H04W 28/16(2009.01) (71)申请人 上海交通大学 地址 200240 上海市闵行区东川路 800 号 (72)发明人 唐飞龙 王玉凤 房新宇 栾志坤 张健桐 张杨 唐灿 过敏意 (74)专利代理机构 上海汉声知识产权代理有限 公司 31236 代理人 郭国中 (54) 发明名称 无线网络中基于适度服务的自适应协作转发 方法及系统 (57) 摘要 本发明提供了一种无线网络中基于适度服务 的自适应协作转发方法及系统，包括以下步骤： 步骤一 ：对网络内部无线。
2、电用户和空闲频带进行 初始化；步骤二：对已知路由路径、QoS 要求、已 知节点周围网络空闲的相关参数进行获取 ；步骤 三 ：对是否触发协作模式进行确定 ；步骤四 ：若触 发协作模式，做出一系列的策略集；本发明在满 足用户的 QoS 要求的情况下，能够尽可能使网络 流量和利用率达到最大值。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 (10)申请公布号 CN 104486800 A (43)申请公布日 2015.04.01 CN 104486800 A 1/2 页 2 1.一种无线网络中基于适度服务的自适应协作转发方法。
3、，其特征在于，包括以下步 骤： 步骤 1 ：对网络内部无线电用户和空闲频带进行初始化 ； 步骤 2 ：对已知路由路径、QoS 要求、已知节点周围网络空闲的相关参数进行获取 ； 步骤 3 ：对是否触发协作模式进行确定 ； 步骤 4 ：若触发协作模式，做出一系列的策略集。 2.根据权利要求 1 所述的无线网络中基于适度服务的自适应协作转发方法，其特征在 于，所述步骤 3 包括以下步骤 ： 步骤 3.1 ：检查已知路由路径是否全部满足 QoS 要求，并将不满足 QoS 要求的路径 P ij 放入待解决集合 P，其中，P ij 表示节点 i 与节点 j 之间的路径 ； 步骤 3.2 ：检查待解决集合 。
4、P 中每一项 P ij 周围网络是否空闲，若为空闲则将 P ij 赋值为 true，否则赋值为 false ； 步骤 3.3 ：若待解决集合 P 中每一项 P ij 都为 true，则做出决策 ：触发协作模式 ；否则， 不触发。 3.根据权利要求 2 所述的无线网络中基于适度服务的自适应协作转发方法，其特征 在于，在所述步骤 3.1 中，需要检查已知路由路径是否满足 QoS 要求并计算相关数据，具体 为： 步骤 3.1.1 ：比较集合 D 中所有元素的传输时延之和与 QoS 要求中的时延要求，更新 QoS 要求中的带宽要求，其中，集合 D 存放有已知路由路径 P ij ； 步骤 3.1.2 ：。
5、遍历集合 D 中的每个元素 P ij ，比 较 P ij 的传输带宽和 QoS 要求中的带宽要 求，然后将不满足 QoS 的路径 P ij 放入待解决集合 P ； 步骤 3.1.3：最后根据 QoS 要求与资源限制，按照顺序对集合 P 中每个元素 P ij 计算 S ij ，其中，S ij 表示为满足 QoS 要求而需要增加的带宽大小。 4.根据权利要求 3 所述的无线网络中基于适度服务的自适应协作转发方法，其特征在 于，所述步骤 3.1.1，具体为 ： 若集合 D 中所有元素的传输时延之和大于 QoS 要求中的时延要求，则表示 QoS 要求中 时延不满足，用 t 表示集合 D 中所有元素的传。
6、输时延之和大于 QoS 要求中的时延要求的 差值，t 同时代表为满足 QoS 要求而需要减少的时延大小 ；根据 t，通过 t 与 S 之间 的转换公式计算 S，S 表示为满足 QoS 要求而需要增加的总带宽大小 ；按照顺序遍历集 合 D 中的元素，计算 S 加上最小的传输带宽，并与当前 QoS 要求中的带宽要求作比较，将 较大者更新为 QoS 要求中的带宽要求 ； 其中，t 与 S 之间的转换公式如下 ： 权 利 要 求 书CN 104486800 A 2/2 页 3 其中，S 1 为协作前的路径带宽，S 2 为协作后的路径的带宽，C 为数据块长度，t 1 为协作 前的传输时延，t 2 为协作。
7、后的传输时延， 为协作前的发送时延， 为协作后的发送时延， T 0 为传播时延，T 为处理时延。 5.根据权利要求 2 或 4 所述的无线网络中基于适度服务的自适应协作转发方法，其特 征在于，所述步骤 4 包括如下步骤 ： 步骤 4.1 ：对集合 P 中的元素按照带宽从小到大进行排序 ； 步骤 4.2 ：根据宽带提升值，对集合 P 中每个元素 P ij 确定协作路径。 6.根据权利要求 5 所述的无线网络中基于适度服务的自适应协作转发方法，其特征在 于，在所述步骤 4.2 中，将 QoS 要求不满足的情况转换成带宽提升值，具体为 ： 若QoS要求中带宽不满足，带宽提升值直接为QoS要求中的带宽。
8、要求减去P ij 的当前带 宽； 若 QoS 要求中时延不满足，时延提升值为 P ij 的当前时延减去 QoS 要求中的时延要求， 根据时延提升值，通过时延带宽转换计算带宽提升值。 7.根据权利要求 5 所述的无线网络中基于适度服务的自适应协作转发方法，其特征在 于，所述步骤 4.2，包括如下步骤 ： 步骤 4.2.1 ：遍历 P ij 周围网络节点，寻找节点 N 1 使得节点 i 与节点 N 1 的通信带宽大于 等于 S，同时节点 j 与节点 N 1 的通信带宽大于等于 S ； 步骤 4.2.2 ：找到符合条件的节点 N 1 时，停止遍历 ； 步骤 4.2.3 ：将路径 P iN1 和P j。
9、N1 加入原路由路径集合，其中，P iN1 表示从节点 i 到 N 1 之间 的路径，P jN1 表示从节点 N 1 到节点 j 之间的路径。 8.一种无线网络中基于适度服务的自适应协作转发系统，其特征在于，所述无线网络 中基于适度服务的自适应协作转发系统使用权利要求1至7中任一项所述的无线网络中基 于适度服务的自适应协作转发方法。 权 利 要 求 书CN 104486800 A 1/6 页 4 无线网络中基于适度服务的自适应协作转发方法及系统 技术领域 0001 本发明涉及一种自适应协作转发方法，具体地，涉及一种无线网络中基于适度服 务的自适应协作转发方法。 背景技术 0002 伴随着社会需。
10、求的日益增长，各种无线通信技术正快速发展并应用在社会生活的 各个领域，无线通信网络朝着高速化、宽带化、泛在化的方向发展，各种无线接入技术纷纷 涌现，使得未来网络的频谱资源更加紧缺。传统的频谱固定分配模式，导致授权频段与非授 权频段负载不均衡，造成频谱资源的极大浪费。3G 系统的商用普及以及 4G 研究的不断推 进，无线接入的需求与日俱增，这导致无线频谱资源日益拥挤，给日趋紧张的频谱资源雪上 加霜。以认知无线电技术为核心的认知无线网络能够通过对无线网络环境进行交互感知， 智能规划、决策和调度，实现无线异构网络的智能组网，有效地进行网络资源管理的智能优 化，允许未授权的认知用户机会式的动态接入到空。
11、闲的授权用户频段，从而提高频谱资源 利用率。 0003 然而，由于认知无线网络的固有动态异构特性，使得传统的认知无线电机会式动 态频谱接入方式(感知.接入)很具挑战性。认知用户在频谱接入的过程中，必须连续的进 行频谱的感知，一旦感知到频段被主用户占用，认知用户则须立即停止自己当前的信息传 输或者进行频谱的切换。这种方式下的频谱共享是极其被动的，认知用户间的频谱接入受 到主用户的较大约束，然而，主用户缺乏一定灵活性，维持网络整体和平共处的责任完全寄 托于认知用户，因此，在实现方面上更加复杂且难以保证网络性能，频谱利用率仍然不高。 0004 协作通信作为一种新兴的通信技术，在物理层和 MAC 层方。
12、面优化信号的传输，应 用于应用层，具有增加无线网络信道容量、降低发射功率、减少延时的巨大潜力，且灵活多 变、扩展性强，为认知无线网络的发展注入了新的活力。采用协作通信技术，在不增加系统 硬件资源的条件下，融合分集技术与中继传输技术的优势，对当前网络中多种资源进行有 效利用。可以实现多样高速的数据传输，显著缩短数据传输时间，有效克服阴影效应及衰 落，提高数据传送的可靠性，降低通信中断概率，扩大网络覆盖范围，降低网络能耗，提高频 谱资源利用率。 0005 为了更加深入的提升认知无线电网络的性能，融合了协作通信技术和认知无线电 技术的协作认知无线网络应运而生。协作认知网络将协作频谱感知、协作中继传输。
13、等技术 应用于认知无线电网络中，充分发挥两种技术的优势，在提升频谱利用率的同时，提高网络 吞吐量、网络覆盖范围等通信性能，近年来引起了学术界的极大关注。已有的对于认知无线 网络中的协作机制的研究，主要集中认知用户之间进行协作感知和协作传输上，通过彼此 间的信息共享和频谱共享提高频谱资源的利用效率，提升网络性能。然而，该方式下的频谱 共享建立在频谱感知的基础上，依然十分被动，只有当主用户空闲情况下，认知用户才能机 会式的进行频谱的接入，可用频谱的动态性给信道的选择和接入带来巨大的挑战，同时，在 主用户在进行数据传输时，无法充分利用认知用户的网络资源，这使得频谱资源并未得到 说 明 书CN 104。
14、486800 A 2/6 页 5 最大限度的利用，且认知用户的 QoS 服务要求难以保证。 发明内容 0006 针对现有技术中的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种无线网络中基于 适度服务的自适应协作转发方法，本发明在满足用户的 QoS 要求的情况下，尽可能使网络 流量和利用率达到最大值。 0007 根据本发明提供的一种无线网络中基于适度服务的自适应协作转发方法，包括以 下步骤 ： 0008 步骤 1 ：对网络内部无线电用户和空闲频带进行初始化 ； 0009 步骤 2 ：对已知路由路径、QoS 要求、已知节点周围网络空闲的相关参数进行获取 ； 0010 步骤 3 ：对是否触发协作模式进行确。
15、定 ； 0011 步骤 4 ：若触发协作模式，做出一系列的策略集。 0012 优选地，所述步骤 3 包括以下步骤 ： 0013 步骤 3.1 ：检查已知路由路径是否全部满足 QoS 要求，并将不满足 QoS 要求的路径 P ij 放入待解决集合 P，其中，P ij 表示节点 i 与节点 j 之间的路径 ； 0014 步骤 3.2 ：检查待解决集合 P 中每一项 P ij 周围网络是否空闲，若为空闲则将 P ij 赋 值为 true，否则赋值为 false ； 0015 步骤 3.3 ：若待解决集合 P 中每一项 P ij 都为 true，则做出决策 ：触发协作模式 ；否 则，不触发。 0016。
16、 优选地，在所述步骤3.1中，需要检查已知路由路径是否满足QoS要求并计算相关 数据，具体为 ： 0017 步骤 3.1.1 ：比较集合 D 中所有元素的传输时延之和与 QoS 要求中的时延要求，更 新 QoS 要求中的带宽要求，其中，集合 D 存放有已知路由路径 P ij ； 0018 步骤 3.1.2 ：遍历集合 D 中的每个元素 P ij ，比 较 P ij 的传输带宽和 QoS 要求中的带 宽要求，然后将不满足 QoS 的路径 P ij 放入待解决集合 P ； 0019 步骤 3.1.3 ：最后根据 QoS 要求与资源限制，按照顺序对集合 P 中每个元素 P ij 计 算 S ij ，。
17、其中，S ij 表示为满足 QoS 要求而需要增加的带宽大小。 0020 优选地，所述步骤 3.1.1，具体为 ： 0021 若集合 D 中所有元素的传输时延之和大于 QoS 要求中的时延要求，则表示 QoS 要 求中时延不满足，用 t 表示集合 D 中所有元素的传输时延之和大于 QoS 要求中的时延要 求的差值，t 同时代表为满足 QoS 要求而需要减少的时延大小 ；根据 t，通过 t 与 S 之间的转换公式计算 S，S 表示为满足 QoS 要求而需要增加的总带宽大小 ；按照顺序遍 历集合 D 中的元素，计算 S 加上最小的传输带宽，并与当前 QoS 要求中的带宽要求作比 较，将较大者更新为。
18、 QoS 要求中的带宽要求 ； 0022 其中，t 与 S 之间的转换公式如下 ： 0023 0024 说 明 书CN 104486800 A 3/6 页 6 0025 0026 0027 其中，S 1 为协作前的路径带宽 ,S 2 为协作后的路径的带宽，C 为数据块长度，t 1 为 协作前的传输时延，t 2 为协作后的传输时延， 为协作前的发送时延 , 为协作后的发送 时延，T 0 为传播时延，T 为处理时延。 0028 优选地，所述步骤 4 包括如下步骤 ： 0029 步骤 4.1 ：对集合 P 中的元素按照带宽从小到大进行排序 ； 0030 步骤 4.2 ：根据宽带提升值，对集合 P 中。
19、每个元素 P ij 确定协作路径。 0031 优选地，在所述步骤 4.2 中，将 QoS 要求不满足的情况转换成带宽提升值，具体 为： 0032 若QoS要求中带宽不满足，带宽提升值直接为QoS要求中的带宽要求减去P ij 的当 前带宽 ； 0033 若QoS要求中时延不满足，时延提升值为P ij 的当前时延减去QoS要求中的时延要 求，根据时延提升值，通过时延带宽转换计算带宽提升值。 0034 优选地，所述步骤 4.2，包括如下步骤 ： 0035 步骤 4.2.1 ：遍历 P ij 周围网络节点，寻找节点 N 1 使得节点 i 与节点 N 1 的通信带宽 大于等于 S，同时节点 j 与节点 。
20、N 1 的通信带宽大于等于 S ； 0036 步骤 4.2.2 ：找到符合条件的节点 N 1 时，停止遍历 ； 0037 步骤 4.2.3 ：将路径 P iN1 和P jN1 加入原路由路径集合，其中，P iN1 表示从节点 i 到 N 1 之间的路径，P jN1 表示从节点 N 1 到节点 j 之间的路径。 0038 根据本发明提供的一种无线网络中基于适度服务的自适应协作转发系统，所述无 线网络中基于适度服务的自适应协作转发系统使用上述的无线网络中基于适度服务的自 适应协作转发方法。 0039 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果 ： 0040 本发明在满足用户的 QoS 要求的情况下，。
21、尽可能使网络流量和利用率达到最大 值。本发明主要针对认知无线电网络中的传输 QoS 要求不满足且周围网络空闲时，借助临 近节点的协作传输，尽可能满足用户的 QoS 要求。这种无线网络中基于适度服务的自适应 协作转发方法能有效的提升网络利用率。 附图说明 0041 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显 ： 说 明 书CN 104486800 A 4/6 页 7 0042 图 1 为本发明无线网络中基于适度服务的自适应协作转发方法的流程图。 0043 图 2 为根据 QoS 要求与资源限制，按照顺序对 P 中每个元素 P ij 计算 S 。
22、ij 。 0044 图 3 为根据 S ij ，按照顺序对 P 中每个元素 P ij 确定协作路径的原理示意图。 具体实施方式 0045 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明 的保护范围。 0046 如图 1 所示，本发明无线网络中基于适度服务的自适应协作转发方法包括以下步 骤： 0047 步骤 1 ：对网络内部无线电用户和空闲频带进行初始化 ； 0048 步骤 2 ：对已知路由路径、QoS 要求、。
23、周围网络空闲的相关参数进行获取 ； 0049 步骤 3 ：对是否触发协作模式进行确定 ； 0050 步骤 4 ：若触发协作模式，做出一系列的策略集 ； 0051 步骤 5，验证此策略集是网络容量最大化的近似值。 0052 其中，所述步骤 3 包括以下步骤 ： 0053 步骤 3.1 ：检查已知路由路径是否全部满足 QoS 要求 ； 0054 步骤 3.2 ：检查待解决集合 P 中每一项 P ij 周围网络是否空闲，若为空闲则将 P ij 赋 值为 true，否则赋值为 false ； 0055 步骤 3.3 ：若 P 中每一项都为 true，则做出决策 ：触发协作模式 ；否则，不触发。 005。
24、6 优选地，所述步骤 3.1 中需要检查已知路由路径是否满足 QoS 要求并计算相关数 据，首先比较D中所有元素的传输时延之和与QoS要求中的时延要求，若前者大于后者则表 示 QoS 要求中时延不满足，用 t 表示两者的差值，同时代表为满足 QoS 要求而需要减少的 时延大小。根据 t，可以通过公式计算 S，S 表示为满足 QoS 要求而需要增加的总带 宽大小。按照顺序遍历 D 中的元素，计算 S 加上最小的传输带宽，并与当前 QoS 要求中的 带宽要求作比较，将较大的那个更新为 QoS 要求中的带宽要求。然后遍历 D 中的每个元素 P ij ，比 较 P ij 的传输带宽和QoS要求中的带宽。
25、要求，然后将不满足QoS的路径P ij 放入待解决 集合 P ；最后根据 QoS 要求与资源限制，按照顺序对 P 中每个元素 P ij 计算 S ij ； 0057 所述步骤 4 包括以下步骤 ： 0058 步骤 4.1 ：对 P 中的元素按照带宽从小到大进行排序 ； 0059 步骤 4.2 ：根据宽带提升值，对 P 中每个元素 P ij 确定协作路径。 0060 优选地，所述步骤 4.2 中搜索 P ij 周围网络节点，寻找节点 N 1 使得节点 i 与节点 N 1 的通信带宽大于等于 S，同时节点 j 与节点 N 1 的通信带宽大于等于 S ；当找到符合条件 的节点时，停止遍历 ；将路径 。
26、P iN1 和P jN1 加入原路由路径集合 D。 0061 以下结合具体的实施例对本发明的技术方案作进一步信息描述，整个发明实现过 程如下 ： 0062 步骤 1 ：对网络内部无线电用户和空闲频带进行初始化 0063 假设带宽分配方法是已知的，根据相应的带宽分配方法对网络内部无线电用户和 说 明 书CN 104486800 A 5/6 页 8 空闲频带进行分配。 0064 步骤 2 ：对路由路径、QoS 要求、周围网络空闲的相关参数进行获取 0065 假设路由路径是已知的，存放在集合 D 中，每一段表示为 P ij ，i 和 j 表示两个不同 的节点。对于 D 中的每个元素 P ij ，需要。
27、获取其传输时延、传输带宽。还要对整条路径的 QoS 要求进行获取，这里只需要时延要求和带宽要求。最后对周围网络空闲的相关参数进行获 取，需要根据已知的公式判断此局部网络是否空闲。 0066 步骤 3 ：对是否触发协作模式进行确定 ； 0067 步骤 3.1 ：检查已知路由路径是否满足 QoS 要求并计算相关数据。 0068 步骤 3.1.1 ：比较 D 中所有元素的传输时延之和与 QoS 要求中的时延要求。 0069 若前者大于后者则表示QoS要求中时延不满足，用t表示两者的差值，同时代表 为满足 QoS 要求而需要减少的时延大小。根据 t，可以通过公式计算 S，S 表示为满 足 QoS 要求。
28、而需要增加的总带宽大小。按照顺序遍历 D 中的元素，计算 S 加上最小的传 输带宽，并与当前QoS要求中的带宽要求作比较，将较大的那个更新为QoS要求中的带宽要 求。 0070 其中，t 与 S 之间的转换公式如下 ： 0071 0072 0073 0074 0075 其中，S 1 为协作前的路径带宽 ,S 2 为协作后的路径的带宽，C 为数据块长度，t 1 为 协作前的传输时延，t 2 为协作后的传输时延， 为协作前的发送时延 , 为协作后的发送 时延，T 0 为传播时延，T 为处理时延。 0076 步骤 3.1.2 ：遍历 D 中的每个元素 P ij ，比 较 P ij 的传输带宽和 Qo。
29、S 要求中的带宽要 求，然后将不满足 QoS 的路径 P ij 放入待解决集合 P ； 0077 步骤 3.1.3 ：根据 QoS 要求与资源限制，按照顺序对 P 中每个元素 P ij 计算 S ij ； 0078 将 QoS 要求不满足的情况转换成 S ij ，其 中 S ij 是为满足 QoS 要求而需要增加 的带宽大小。若 QoS 要求中带宽不满足，S ij 直接为 QoS 要求中的带宽要求减去 P ij 的当 前带宽。结果如图 2 所示。 0079 步骤 3.2 ：检查周围网络是否空闲 0080 对待解决集合 P 中每一项 P ij 的周围网络空闲的相关参数进行计算，判断是否空 说 明。
30、 书CN 104486800 A 6/6 页 9 闲。若为空闲，则将 P ij 赋值为 true，否则赋值为 false ； 0081 步骤 3.3 ：对是否触发协作模式做出决策 0082 若 P 中每一项都为 true，则做出决策 ：触发协作模式 ；否则，不触发。 0083 步骤 4 ：若触发协作模式，做出一系列的策略集 0084 步骤 4.1 ：对 P 中的元素按照带宽从小到大进行排序 0085 步骤 4.2 ：根据 S ij ，按照顺序对 P 中每个元素 P ij 确定协作路径。 0086 步骤 4.2.1 ：搜索 P ij 周围网络节点，寻找节点 N 1 使得节点 i 与节点 N 1 的通信带宽 大于等于 S，同时节点 j 与节点 N 1 的通信带宽大于等于 S ； 0087 步骤 4.2.2 ：当找到符合条件的节点时，停止遍历 ； 0088 步骤 4.2.3 ：将路径 P iN1 和P jN1 加入原路由路径集合 D。结果如图 3 所示 ： 0089 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述 特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影 响本发明的实质内容。 说 明 书CN 104486800 A 1/1 页 10 图1 图2 图3 说 明 书 附 图CN 104486800 A 。