本文主要給大家詳細的介紹了認知網絡路由技術，并且介紹了路由算法框架，需解決的關鍵問題等方面的問題，相信看完此文會對你有所幫助。

未來網絡具有如下特征：網絡規模將越來越大，多種網絡并存，網絡承載業務的服務質量(QoS)參數變化范圍較大。在這個典型的動態復雜網絡中，如何實現頻譜資源、網絡資源的高效利用，保障業務的QoS，是一個尚未解決的問題。針對該問題，認知網絡應運而生。認知網絡中的部分節點具有學習和推理能力，通過測量或預測網絡的環境參數，實現動態決策與網元設備重構，達到適應網絡環境、優化端到端性能的目標。

1 認知網絡路由的起源

Mitola[1]于1999年提出了認知無線電(CR)的概念及認知環架構，認知無線電系統通過感知，獲取周圍環境的頻譜使用信息，依據優化目標，確定CR的重構方案，達到適應頻譜環境變化的目標。CR具有學習和推理能力，能夠智能地調整重構方案，達到高效使用頻譜資源的目標。Gelenbe[2]提出了認知分組網絡(CPN)的概念。該網絡設定了一類特殊功能的分組—智能分組，它們負責收集網絡信息，并攜帶了可執行代碼。當智能分組到達網絡中的某個節點時，與節點交互網絡環境信息，并進行路由的更新與路由算法的學習，實現路由的優化。Ramming[3]將認知環應用于網絡，提出認知網絡(CN)的概念。Thomas[4]進一步明確了認知網絡的定義，即執行認知過程的網絡為認知網絡。Thomas分析了適于認知網絡的學習與推理機制，給出了認知網絡的架構及其組成單元的功能描述。目前在IEEE標準化協會中正在討論異構無線接入網絡融合架構的標準化，采用了認知網絡的概念[5]。

2 認知網絡路由算法框架

未來的網絡將是異構網絡并存的大規模網絡，這樣的網絡環境為端到端之間的路徑提供了更多的鏈路組合模式，即多種路由模式。在接入網絡中，用戶擁有了更多的接入選擇方案;在網絡側，分組可以跨越多個網絡，獲得更為優化的端到端服務，為網絡資源的高效利用提供了條件。同時，異構網絡環境也給路由算法的設計與實現提出了挑戰。首先鏈路性能的差異較大。其次，異構網絡環境的動態變化范圍較大。鏈路能夠承載的流量與其已承載的業務流量有關。隨著網絡規模和用戶的增加，鏈路能夠承載流量的變化范圍加大。鏈路的可靠性差異較大，易導致網絡拓撲的變化。第三，在重疊覆蓋的網絡環境中，無線鏈路的頻譜干擾較難預測與控制，導致鏈路承載能力的變化。此外，終端用戶接入多種網絡的能力、對網絡選擇的喜好、業務QoS需求及位置的變化也將影響端到端路由的構建。

針對復雜的網絡環境，如何適應環境，充分利用鏈路資源、網絡資源、用戶資源，獲得端到端的優化目標是路由算法需要解決的問題。依據認知網絡的定義，我們給出了基于策略的認知網絡的路由算法框架，如圖1所示。該框架包括如下幾個功能模塊。

(1)環境感知模塊負責獲取網絡環境信息，并將業務需求映射為網絡端到端的QoS需求，作為路由構建的優化目標。

(2)路由決策模塊負責路由的構建、更新與補救。它依據測量信息和優化目標，選擇路由策略，如協同路由、多輸入多輸出(MIMO)路由、跨層路由等。

(3)重構模塊負責路由的配置。如采用跨層路由協議，還須配置運輸層、鏈路層和物理層。

(4)自學習模塊負責策略評估、修正與生成，以適應網絡環境的變化。

3 認知網絡路由需解決的關鍵問題

3.1 環境感知模塊需要解決的關鍵問題

認知網絡依據環境感知信息完成決策與自學習功能。感知信息的涵蓋范圍、及時性、一致性、精確性、可靠性等將影響認知網絡的性能。而感知信息的獲取與分發又直接影響網絡的負載，進而影響網絡的性能。

在大規模網絡中，端到端之間路由的選擇受多種因素的影響，例如，鏈路的參數(帶寬、時延、干擾、切換時延等)、網絡當前承載的業務、端到端之間可用的網絡等。如果網絡環境的部分信息缺失，會影響路由的選擇結果。例如，在異構網絡環境中，當切換時延未知時，僅依據鏈路時延和最短時延準則構建的路由不一定是最短路由。

在認知網絡中，節點通過多種方式交互各自所獲取的感知信息，當網絡規模較大，尤其是在異構網絡環境中，很難同步地進行感知信息的更新，不同認知節點對網絡狀態的認識有可能不同，進而導致路由算法的震蕩。節點信息的不一致性還會干擾自學習模塊對路由決策模塊的評估結果，進而影響決策模塊的更新，有可能進一步加劇路由算法的震蕩。

此外，網絡信息的采集通常采取3種方式，主動獲取、被動獲取以及主動與被動相結合的采集方式。信息采集方式、周期、地域范圍均將影響路由算法的性能與網絡負載的大小。因此，感知信息采集方式與參數的設定也需依據網絡環境變化的速度進行調整，環境感知模塊參數的調整也將構成一個認知環。