顾金媛省研究生科研创新计划项目申请书 1.docx

1、顾金媛省研究生科研创新计划项目申请书 1江苏省普通高校研究生科研创新计划项 目 申 请 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 江苏省学位委员会制表江苏省教育厅填 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立项

2、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”项目概况项目名称 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 研究方向现代通信网络技术申请人姓 名顾金媛性 别女出生年月1986.01硕士入学年月2008.09所 在院 系电子信息学

3、院联系电 话137*电子信箱08110001指导教师姓 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 项近三年支配科研经费 24 万元，年均 8 万元项目主要研究内容及技术指标（限300字）（含研究内容的创新点）研究内容及创新点：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Mesh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

4、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。技术指标：（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。主题词（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，长江

5、学者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。一、 立项依据（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

6、。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，这将大大降低频谱和带宽限制对无线技术发展的束缚。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 Wir

7、eless 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

8、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Me

9、sh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所突破与创新。参考文献：1 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, Hai

10、tao Zheng. Route and spectrum selection in dynamic spectrum networksC.Consumer Communications and Networking Conference, 2006. (1):625-629.4 Ioannis Pefkianakis, Starsky H.Y. Wong, Songwu Lu. Samer: spectrum aware mesh routing in cognitive radio networksC. DySPAN 2008, 2008. 1-55 Huisheng Ma, Lili Z

11、heng, Xiao Ma, Yongjian luo. Spectrum aware routing for multi-hop cognitive radio networks with a single transceiverC.Cognitive Radio Oriented Wireless Networks and Communications, 2008. 1-6.6 Roberto Hincapie, Jian Tang, Guoliang Xue, Roberto Bustamante. Qos routing in wireless mesh networks with c

12、ognitive radiosC.Global Telecommunications Conference, 2008. 1-5.7 Chunsheng Xin, Liangping Ma, Chien-Chung Shen. A distributed adaptive channel assignment algorithm for dynamic spectrum access mesh networksC.Communications and Networking in China, 2008. 1178-1182.8 Dusit Niyato, Ekram Hossain. Cogn

13、itive radio for next-generation wireless networks: an approach to opportunistic channel selection in IEEE 802.11-based wireless mesh J. IEEE wireless communications, 2009. 16(1):46-54.二、研究目标、研究内容和拟解决的主要问题1、研究目标构建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、

14、拟解决的主要问题(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，并从中选取合适的工作信道。分布式自组织拓扑结构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

15、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

16、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是多信道网络，在20MHz3GHz的频谱范围内，收发器的工作频段每改变10MHz通常会带来10ms的时延，这同网络通信中常见的退避时延相比不能忽略。所以CogWMN路由判据研究方向应该在于加权多准则的跨层路由判据, 即在路由判据的设计中, 综合考虑链路负载、剩余带宽及传输速率等MAC层和物理层参数对路由的影响。(4) 研究CogWMN路由自恢复机制策略。由于次要用户使用空闲信道传输业务流，当首要用户回到该信道上时，次要用户必须退出该信道，转而其他空闲信道传输业务流，抑或不能再使用原路径恢复传输，需要重新发起路由寻

17、找等。研究CogWMN路由自恢复机制，需要设计新的方案，达到端到端的业务流QoS保证。三、课题的研究思路与方法、技术路线、试验方案（含创新性）及其可行性分析1、研究思路与方法 理论与实践验证相结合策略。在掌握各种现有的路由协议、博弈论算法以及马尔可夫模型等理论和方法的基础上，确定总体方案、建立系统模型、建立仿真平台，进行严密的理论分析和周密的系统仿真，确保项目研究的科学性和正确性。 局部分析与全局分析相结合策略。局部性能分析突出重点，抓住要害；全局性能分析旨在找出CogWMN路由判据研究方向，从接入控制系统模型和设计路由算法角度考虑联合优化问题。2、技术路线与研究方案本项目技术路线将体现“创新

18、、实用、规范”的原则。(1) 利用马尔可夫模型对可用频谱在时间和空间上不连续的CogWMN进行理论分析，构建网络模型。(2) CogWMN自组织拓扑结构可以是点对多点结构，树型结构，分布式无序结构，分层簇型结构或者云结构等形态。本课题将在没有公用控制信道的情况下，分别采用树形结构以及分布式无序结构分别对网路结构进行初始化和拓扑管理。(3) 由于CogWMN自身特点, 无论是按需路由协议、表格驱动路由协议还是混合路由协议，需要考虑“频谱空穴”对路径选择的影响，提出路由寻找与信道分配联合设计策略。(4) 设计加权多准则的路由判据, 提出信道统计度量、最小跳数度量、负载感知度量等的跨层路由判据。(5

19、) 在路由自恢复机制策略中引入“备份信道”的概念，通过周期的频谱空穴检测结果，更新可用信道集，与单跳节点交互信息，当退出“频谱空穴”时选择较优信道恢复路由。(6) 利用网络仿真工具NS2对所设计算法进行仿真分析,并对算法进行修正与优化。3、可行性分析申请人已在南通大学毕业设计中对无线Mesh网络进行了一定的研究，积累了一定的研究成果，为本项目的研究奠定了一定的技术基础；本项目主攻方向明确，拟解决的关键问题均有有效的对策与措施。因此，本项目的研究是切实可行的。四、研究工作的总体安排及进度本课题拟在二年内完成，总体安排与进度如下：（1）2009.082009.12 进一步查阅、消化有关资料 构建C

20、ogWMN的系统模型（2）2010.012010.09 研究CogWMN路由的算法与机制 设计CogWMN分布式自适应路由算法（3）2010.102011.02 建立新路由算法的网络仿真模型，进行仿真和性能分析 撰写研究论文（4）2011.032011.06 撰写项目研究报告；结题五、研究工作的预期成果及成果提交形式（1）提交适用于CogWMN分布式自适应路由算法；（2）提交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。六、研究工作条件和基础（包括过去的研究工作基础，现有的主要仪器设备、研究技术及

21、协作条件等）申请人目前主要研究方向是现代通信论论和技术，本科攻读通信工程专业，具有扎实的理论功底和有一定的科研能力。申请人于2007年10年被保送通信与信息系统专业硕士研究生，其后一直跟随导师（章国安教授）进行无线Mesh网络方向课题的研究，本科毕业设计获校“优秀毕业设计一等奖”，其前期的研究工作为本课题的研究奠定了一定的知识理论基础，已掌握VC+编程软件, OPNET、NS2、Matlab等仿真软件，又为本课题的研究奠定了一定的技术基础，不仅利于本课题迅速的启动，更重要的是保证了本课题一定的研究水平。部分主要仪器设备和软硬件： 频谱测试仪：Agilent E4403B，Agilent E44

22、40A 逻辑分析仪：Agilent 54641D，Agilent 16803A 数字示波器：Agilent 54845B 计算机网络仿真软件：OPNET，NS2 各类节点机：30个左右 南通大学电子信息学院实验室现有的软件、硬件条件完全可以满足本项目的研究需求。 七、申请人简历及近三年来与本课题有关的主要研究成果（承担项目、发表论文、获奖情况、国内外评价、引用情况）申请人简历顾金媛，女，2008年6月毕业于南通大学通信工程专业，获学士学位；先后获得南通大学“三好学生标兵”、“优秀学生干部”，南通市“三好学生”等荣誉称号；2008年9月进入南通大学电子信息学院攻读通信与信息系统专业硕士学位。承担

23、项目东南大学移动通信国家重点实验室开放研究基金课题：认知无线Mesh网络自组织拓扑与路由技术研究，主要参加。近期发表的论文 顾金媛. 无线网格网QoS保证体系的分析研究. 学海图南南通大学2008届优秀毕业设计（论文）集, 南京: 南京大学出版社, 2008, 444-449.八、经费概算（单位：万元）支 出 科 目金 额计 算 根 据 及 理 由文章出版费1.2会议注册费，文章版面费设备器材购置0.6科研耗材差旅费/会议费0.8课题调研或参加学术交流会其他0.4其他科研开支合 计3九、申请者承诺申请人保证上述内容的真实性。如获资助，保证遵守“江苏省普通高校研究生科研创新计划”项目实施与管理办

24、法。 申请人签名： 2009 年 6 月 23 日十、导师推荐意见（包括课题的意义，申请人的学术水平、创新能力评价，对项目结果的预测，总经费预算，以及可能提供的支持等）认知无线Mesh网络关键技术是目前无线通信领域的一个热点研究课题。研究认知无线Mesh网络的分布式自适应路由算法，具有一定的挑战性和创新性。本项目研究思路清晰、方案可行、经费预算合理。申请人在无线Mesh网络研究方面已经具有较好的研究基础，通过其努力，能够完成研究内容，取得预期的研究成果。同意推荐申报。指导教师签名： 2009 年 6 月 23 日十一、所在学科意见（包括保障与支持措施）学科鼓励和支持研究生开展科研创新活动，提供相关的科研条件，加强项目指导和管理，全力支持该项目的研究工作。 同意申报。 学科负责人签名： 年 月 日十二、学校审核意见（包括提供经费配套的说明）（学校盖章）年 月 日