次网机制的作用及实现方法

本章研究的主要挑战性在于如何设计Sa N的组播机制使得在保证不影响PaN的吞吐量阶的前提下，达到最优吞吐量。

（1）次网渗流机制

与PaN一样，根据每跳长度的不同，针对SaN的路由也有两种链接。第一种构成次网高速公路，其长度为。第二种构成次网连通路径，其长度为。将区域分成边长为ls=的子格子（称其为次网渗流格子），得到网格图Cs（hs），其中hs=；并分成边长为的子格子（称其为次网连通格子），得到网格图，其中。

与PaN中不同，必须保证次网中的发射节点不能离正在运作的主网节点太近，否则，可能对主网的通信产生破坏性干扰。因此，为每个主网节点设置一个保护区（Preservation Region[111]），并令任何Sa N的通信不可以通过这些保护区。

保护区（P-R）：基于网格图Cs（hs）和，定义两种保护区。第一种是渗流保护区（PP-R），由9个次网渗流格子（对应的主网节点位于中间的格子）组成；第二种是连通保护区（CP-R），由9个次网连通格子（对应的主网节点位于中间的格子）组成。

次网高速公路：基于Cs（hs）构造次网渗流路径（也称之为次网高速公路）。构建主网高速公路对于次网渗流格子能否被应用施加了很大限制。需要保证次网高速公路上的点距离主网节点足够远。具体来讲，要保证这些次网节点不被PP-R覆盖。从而，要修改Cs（hs）中格子可用性的定义。网渗流格子是感知开放（Cognitive Open）的，如果它是开的且不属于任意的PP-R。如图7-2所示。

图7-2　感知开放的次网渗流格子。阴影部分表示渗流保护区（PP-Rs）。在PP-R中间格子的小方块表示主网节点。小圆圈表示次网节点

引理7.4

当n=o（m）时，Cs（hs）中次网渗流格子的开放概率为ps，其中，ps→pp，n→∞。

证明　对任意次网渗流格子（SP-C）Gs，定义一个事件E1（Gs）：格子Gs是开（非空）的。从而有：

下面，定义事件E2（Gs）：格子Gs不属于任意PP-R。定义一个中心为Gs的PP-R为。因此，事件E2（Gs）发生当且仅当没有主网节点落入。因为落入的主网节点数目服从参数为

的泊松分布。所以，Pr（E2（Gs））=。

因为主网和次网节点的分布过程是独立的，从而事件E1（Gs）和E2（Gs）是独立的。因此根据感知开放的定义，则有：

结合条件，可以证明limn→∞ps=pp。

图7-3　次网高速公路(www.xing528.com)

运用类似于从Cp（hp）到B（hp，pp）的映射过程，可以基于Cs（hs）构造B（hs，ps），通过引理7.2可得：

引理7.5

当n=o（m）时，对任意κ＞0和c2＞log6+2/κ，存在一个常数δs使得每个大小为1×·（κlog hs-）的长方块中至少包含δslog m条次网高速公路。

次网渗流路径（高速公路）的负载分配：与PaN中一样，将每个长方块分割为δslog m个宽度为ws=的长方条，并将每个长方条所生成的流量负载分配到指定的高速公路上。

次网连通路径：基于构建次网连通路径。可以从每个次网连通格子中选取一个次网节点，连接它们得到类连通路径。将基于这些类连通路径来构造次网连通路径。与主网连通路径的主要不同点是必须保证次网连通路径不穿过任意的连通保护区（CPR）。因此，可用类似于[98]中的方法，通过修改类连通路径来构造次网连通路径：当一条类连通路径遇到一个CP-R时，路径将沿着这个CP-R的边界绕行，如图7-4所示。称次网连通路径上的所有节点为次网连通路径站点。

图7-4　次网连通路径

服务集：与Pa N不同，在Sa N中，一些次网的格子（包括次网渗流和连通格子）因为被保护区覆盖或者包围，所以不能被服务到，称这类格子为非服务格子，定义非服务格子中的所有节点的集合为。定义所有次网组播源节点的集合为（注意，为了描述简洁，在不产生混淆的情况下，将主网和次网的源点集合均表示为。需要指出，它们是完全不同的集合）。基于，定义新的概念-服务集。服务集根据md和ms可以分为两种情况：

定义7.3　服务集

服务集，记为的一个子集，且

1）当md=ω（log ms），定义；

2）当md=O（log ms），定义。

对于每个SaN中源节点为的组播，定义一个集合，其中，。将在后面证明在假设7.2下，，且对任意，以高概率一致有。

次网组播路由机制：首先，针对以为源点的生成集，利用算法3.1我们构造。基于、次网渗流路径和次网连通路径，利用类似于算法7.1的方法构造出次网渗流组播路由树。

次网传输调度机制：为了与PaN同步，分别调度次网高速公路和次网连通路径（对应的两个调度阶段分别记为），其中，的每个时间片长度等于（i=1，2）。的调度长度是的三倍。也就是说，采取两个独立的27-TDMA的调度机制（在一个调度周期内，每个次网格子将被连续调度3次）。进而，在阶段被调度链接的发送节点分别以功率P·（ls）α和P·发射信号。

（2）次网连通机制

与次网渗流机制不同，次网连通机制，只用到次网连通路径。

主网组播路由机制：基于次网连通路径采取类似于[81]中的Manhattan路由机制。

主网传输调度机制：因为只涉及次网连通路径，因此只采用次网连通路径调度机制即可。