认知网络路由技术

本文主要给大家详细的介绍了认知网络路由技术，并且介绍了路由算法框架，需解决的关键问题等方面的问题，相信看完此文会对你有所帮助。

未来网络具有如下特征：网络规模将越来越大，多种网络并存，网络承载业务的服务质量(QoS)参数变化范围较大。在这个典型的动态复杂网络中，如何实现频谱资源、网络资源的高效利用，保障业务的QoS，是一个尚未解决的问题。针对该问题，认知网络应运而生。认知网络中的部分节点具有学习和推理能力，通过测量或预测网络的环境参数，实现动态决策与网元设备重构，达到适应网络环境、优化端到端性能的目标。

1 认知网络路由的起源

Mitola[1]于1999年提出了认知无线电(CR)的概念及认知环架构，认知无线电系统通过感知，获取周围环境的频谱使用信息，依据优化目标，确定CR的重构方案，达到适应频谱环境变化的目标。CR具有学习和推理能力，能够智能地调整重构方案，达到高效使用频谱资源的目标。Gelenbe[2]提出了认知分组网络(CPN)的概念。该网络设定了一类特殊功能的分组—智能分组，它们负责收集网络信息，并携带了可执行代码。当智能分组到达网络中的某个节点时，与节点交互网络环境信息，并进行路由的更新与路由算法的学习，实现路由的优化。Ramming[3]将认知环应用于网络，提出认知网络(CN)的概念。Thomas[4]进一步明确了认知网络的定义，即执行认知过程的网络为认知网络。Thomas分析了适于认知网络的学习与推理机制，给出了认知网络的架构及其组成单元的功能描述。目前在IEEE标准化协会中正在讨论异构无线接入网络融合架构的标准化，采用了认知网络的概念[5]。

2 认知网络路由算法框架

未来的网络将是异构网络并存的大规模网络，这样的网络环境为端到端之间的路径提供了更多的链路组合模式，即多种路由模式。在接入网络中，用户拥有了更多的接入选择方案;在网络侧，分组可以跨越多个网络，获得更为优化的端到端服务，为网络资源的高效利用提供了条件。同时，异构网络环境也给路由算法的设计与实现提出了挑战。首先链路性能的差异较大。其次，异构网络环境的动态变化范围较大。链路能够承载的流量与其已承载的业务流量有关。随着网络规模和用户的增加，链路能够承载流量的变化范围加大。链路的可靠性差异较大，易导致网络拓扑的变化。第三，在重叠覆盖的网络环境中，无线链路的频谱干扰较难预测与控制，导致链路承载能力的变化。此外，终端用户接入多种网络的能力、对网络选择的喜好、业务QoS需求及位置的变化也将影响端到端路由的构建。

针对复杂的网络环境，如何适应环境，充分利用链路资源、网络资源、用户资源，获得端到端的优化目标是路由算法需要解决的问题。依据认知网络的定义，我们给出了基于策略的认知网络的路由算法框架，如图1所示。该框架包括如下几个功能模块。

(1)环境感知模块负责获取网络环境信息，并将业务需求映射为网络端到端的QoS需求，作为路由构建的优化目标。

(2)路由决策模块负责路由的构建、更新与补救。它依据测量信息和优化目标，选择路由策略，如协同路由、多输入多输出(MIMO)路由、跨层路由等。

(3)重构模块负责路由的配置。如采用跨层路由协议，还须配置运输层、链路层和物理层。

(4)自学习模块负责策略评估、修正与生成，以适应网络环境的变化。

3 认知网络路由需解决的关键问题

3.1 环境感知模块需要解决的关键问题

认知网络依据环境感知信息完成决策与自学习功能。感知信息的涵盖范围、及时性、一致性、精确性、可靠性等将影响认知网络的性能。而感知信息的获取与分发又直接影响网络的负载，进而影响网络的性能。

在大规模网络中，端到端之间路由的选择受多种因素的影响，例如，链路的参数(带宽、时延、干扰、切换时延等)、网络当前承载的业务、端到端之间可用的网络等。如果网络环境的部分信息缺失，会影响路由的选择结果。例如，在异构网络环境中，当切换时延未知时，仅依据链路时延和最短时延准则构建的路由不一定是最短路由。