一种支持网络编码的认知无线网络跳频通信方法技术

本发明专利技术属于通信技术领域，尤其涉及用于认知无线网络的基于频率跳变和网络编码的通信交互机制。本发明专利技术提供一种支持网络编码的认知无线网络跳频通信方法，该通信方法为每个认知编码节点和所述认知编码节点的相邻认知节点分别设计不同的跳频序列以生成一种能支持网络编码的跳频序列组合，从而确保每个认知编码节点均能够高效地执行网络编码以减少控制信息转发次数，并尽可能地与上下游邻居节点在所有可接入的信道上实现跳频汇聚，在提升控制信息交互效率的同时有效避免与授权通信产生相互干扰。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信
，尤其涉及用于认知无线网络的基于频率跳变和网络编码的通信交互机制。
技术介绍
在认知无线网络中，相邻认知节点需要交互包括频谱感知结果、时钟同步和通信频段预约等大量的控制信息，以灵活而准确地从多个授权通信频段中寻找到彼此皆可用的空闲频谱资源。为此，认知节点需要通过不断切换控制信息交互频段来避免采用单一固定的专用控制信息交互频段所产生的认知和授权通信相互干扰，灵活而快速地寻找到未被授权用户占用的通信频段(或信道)，因而具备较好的抗授权用户干扰能力。然而，在现有基于频率跳变的控制信息交互机制中，所有中间节点均是采用存储-转发的方式来转发其所接收到的控制信息，会导致部分认知节点的转接次数和能量消耗增加，不利于整个认知无线网络的传输性能提升。与此同时，基于网络编码的控制信息传输机制通过允许负责转发控制信息的中继节点对其接收到的多路控制信息在进行线性或者非线性的编码处理之后再然后转发给其下游节点，从而降低编码节点发送控制信息次数和提升整个认知无线网络交互控制信息的效率和性能。如图1所示，当节点A需要发送控制信息比特b1给节点E而节点B需要发送控制信息比特b2给节点D时，中间节点C可以将接收到的比特b1和b2执行异或操作以生成一个新的比特并将该比特一次性地广播给节点D和E。在接收到节点C发送的比特和节点B发送的比特b2之后，节点E可以对这两个进行异或操作，从而解码恢复出其所需要接收的比特b1；而节点D也可以采用类似的操作解码恢复出比特b2。与之相对应的是，在传统基于路由的控制信息传输机制中，节点C需要分别转发比特b1和b2给节点D和E。因此，与传统基于存储-转发方式的控制信息跳频交互机制相比，基于网络编码技术的认知无线网络控制信息跳频交互机制可以进一步降低中间节点对控制信息的转发次数，在有效避免与授权通信相互干扰的同时提升认知无线网络交互控制信息的性能。然而，在支持网络编码的控制信息跳频交互机制中，每个编码节点只有在与其所有上游节点均实现了跳频汇聚(即在同一个时隙内同时跳跃到同一个信道上)之后才能接收到全部编码所需
的控制信息，进而完成相应的编码计算，并最终将编码所生成的控制信息广播给其下游节点。如图1所示，中间节点C只有在与节点A和B分别实现跳频汇聚以接收到比特b1和b2之后，才能执行异或操作以生成新比特并在接下来与节点D和E的跳频汇聚中将比特广播给后者。因此，有必要为认知无线网络中的各个认知节点分别设计适当的跳频序列以确保上述支持网络编码的控制信息跳频交互过程能够获得高效执行，从而尽可能地同时发挥出跳频和网络编码技术在控制信息交互中的优势。所述适当的的跳频序列设计需要满足三个要求：A、单次网络编码时长要求：在所有信道均未被授权通信占用的情况下，编码节点只需要3次时隙就能对两个来自不同源节点的控制信息执行一次网络编码，即编码节点在前2个时隙内通过跳频汇聚分别接收来自两个上游节点的控制信息，并在第3个时隙内通过跳频汇聚将编码生成的新控制信息广播给两个下游接收节点。B、干扰消除要求：在上述3次跳频汇聚中，如果编码节点需要与部分邻居节点实现在信道j上的跳频汇聚，那么编码节点的其它邻居节点均不能出现在信道j上，以确保编码节点在信道j上的通信不会被其它邻居节点的通信所干扰，有利于提升网络编码的执行效率，其中，j＝1,2,3,...,N，N是不为零的自然数。C、可汇聚信道个数要求：如果编码节点需要与某一组邻居节点基于跳频汇聚交互控制信息，那么它们需要在所有可接入的信道上实现跳频汇聚，从而能有效避开被授权通信所占用的信道。
技术实现思路
为了满足认知无线网络中各个认知节点可以确保支持网络编码的控制信息跳频交互过程能够获得高效执行的三个要求，本专利技术提供一种支持网络编码的认知无线网络跳频通信方法。该通信方法为每个认知编码节点和所述认知编码节点的相邻认知节点分别设计不同的跳频序列以生成一种能支持网络编码的跳频序列组合，从而确保每个认知编码节点均能够高效地执行网络编码以减少控制信息转发次数，并尽可能地与上下游邻居节点在所有可接入的信道上实现跳频汇聚，在提升控制信息交互效率的同时有效避免与授权通信产生相互干扰。本专利技术的技术方案：假设认知无线网络已经根据认知节点交互控制信息的需求为每对控制信息的
发送节点Si和接收节点Ri建立了唯一一条控制信息传输的单向路径Routei，认知无线网络已经根据认知节点交互控制信息的需求为每对控制信息的发送节点Sj和接收节点Rj建立了唯一一条控制信息传输的单向路径Routej。那么，设置节点k为编码节点以负责对所述Routei和Routej上传输的控制信息进行网络编码，并将编码生成的控制信息进一步广播给节点k在Routei和Routej上的下游相邻节点，则所述Routei和Routej为编码节点k的两条生成路径，其中，i表示节点编号，j表示节点编码，k表示节点编号，i≠j≠k。将认知无线网络中所有的节点分为第一类节点和第二类节点，所述第一类节点包含认知无线网络中所有编码节点以及每个编码节点在其两条生成路径上的上游和下游相邻节点，所述第二类节点包含认知无线网络中所有非第一类节点。编码节点在所有可选跳频序列中随机选取一个跳频序列作为自身跳频序列，并将所述自身跳频序列通过专用控制信道向所述编码节点的相邻节点进行广播。认知无线网络中收到编码节点广播的控制信息的节点根据相应算法生成自身的跳频序列，当编码节点收到全部端节点的确认信息后，基于频率跳跃和网络编码的通信交互机制的初始化过程结束。一种支持网络编码的认知无线网络跳频通信方法，包括如下步骤：S1、认知无线网络中的每个源节点在专用控制信道上通过洪泛的方式向全网节点广播其通信传输需求；S2、在收到S1所述所有源节点的通信传输需求后，认知无线网络中的每个节点检查自己是否存在编码机会，若存在编码机会，则称该节点为编码节点，则所述编码节点将通过洪泛的方式向全网节点表明它将为哪些源节点的数据传输提供网络编码；S3、认知无线网络中每个非编码节点在收到S2所述编码节点广播的信息之后，需要进行非编码节点的节点类型判定，判定规则为：认知无线网络中每个编码节点在其两条生成路径上的上游和下游相邻节点为第一类节点，所有非第一类节点为第二类节点，其中，所述生成路径满足如下规则：假设认知无线网络已经根据认知节点交互控制信息的需求为每对控制信息的
发送节点Si和接收节点Ri建立了唯一一条控制信息传输的单向路径Routei，认知无线网络已经根据认知节点交互控制信息的需求为每对控制信息的发送节点Sj和接收节点Rj建立了唯一一条控制信息传输的单向路径，设置节点k为编码节点以负责对所述Routei和Routej上传输的控制信息进行网络编码，并将编码生成的控制信息进一步广播给节点k在Routei和Routej上的下游相邻节点，则所述Routei和Routej为编码节点k的两条生成路径，其中，i表示节点编号，j表示节点编码，k表示节点编号，i≠j≠k，所述Routei和Routej同时满足如下限制条件：条件1、存在至少一个认知节点k满足其中，UN(Routei,k)表示认知节点k在路径Routei上的上游相邻节点，UN(Routej,k)认知节点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种支持网络编码的认知无线网络跳频通信方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、认知无线网络中的每个源节点在专用控制信道上通过洪泛的方式向全网节点广播其通信传输需求；S2、在收到S1所述所有源节点的通信传输需求后，认知无线网络中的每个节点检查自己是否存在编码机会，若存在编码机会，则称该节点为编码节点，而所述编码节点通过洪泛的方式向全网节点表明它将为哪些源节点的数据传输提供网络编码；S3、认知无线网络中每个非编码节点在收到S2所述编码节点广播的信息之后，需要进行非编码节点的节点类型判定，判定规则为：认知无线网络中每个编码节点在其两条生成路径上的上游和下游相邻节点为第一类节点，所有非第一类节点为第二类节点，其中，所述生成路径满足如下规则：假设认知无线网络已经根据认知节点交互控制信息的需求为每对控制信息的发送节点Si和接收节点Ri建立了唯一一条控制信息传输的单向路径Routei，认知无线网络已经根据认知节点交互控制信息的需求为每对控制信息的发送节点Sj和接收节点Rj建立了唯一一条控制信息传输的单向路径，设置节点k为编码节点以负责对所述Routei和Routej上传输的控制信息进行网络编码，并将编码生成的控制信息进一步广播给节点k在Routei和Routej上的下游相邻节点，则所述Routei和Routej为编码节点k的两条生成路径，其中，i表示节点编号，j表示节点编码，k表示节点编号，i≠j≠k，所述Routei和Routej同时满足如下限制条件：条件1、存在至少一个认知节点k满足其中，UN(Routei,k)表示认知节点k在路径Routei上的上游相邻节点，UN(Routej,k)认知节点k在路径Routej上的上游相邻节点；条件2、路径Routei上的源节点Si和路径Routej上的目的节点Rj之间的最小割大于等于2，路径Routej上的源节点Sj和路径Routei上的目的节点Ri之间的最小割大于等于2；S4、编码节点在所有可选跳频序列中随机选取一个跳频序列作为自身跳频序列，并将所述自身跳频序列通过专用控制信道向所述编码节点的相邻节点进行广播，其中，专用控制信道为认知无线网络中的指定信道；；S5、认知无线网络中收到S4所述编码节点广播的控制信息的节点根据相应算法生成自身的跳频序列，若所述收到S4所述编码节点的广播信息的节点为源节点或目的节点，则所述源节点或目的节点会根据控制信息中的原地址以单播方式向S4所述编码节点回复确认信息，若所述收到S4所述编码节点的广播信息的节点不是源节点或目的节点，则该节点以广播的方式向其相邻节点转发控制信息；S6、当S4所述编码节点收到全部端节点的确认信息后，基于频率跳跃和网络编码的通信交互机制的初始化过程结束，其中，所述端节点包括源节点和目的节点。...

【技术特征摘要】
1.一种支持网络编码的认知无线网络跳频通信方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、认知无线网络中的每个源节点在专用控制信道上通过洪泛的方式向全网节点广播其通信传输需求；S2、在收到S1所述所有源节点的通信传输需求后，认知无线网络中的每个节点检查自己是否存在编码机会，若存在编码机会，则称该节点为编码节点，而所述编码节点通过洪泛的方式向全网节点表明它将为哪些源节点的数据传输提供网络编码；S3、认知无线网络中每个非编码节点在收到S2所述编码节点广播的信息之后，需要进行非编码节点的节点类型判定，判定规则为：认知无线网络中每个编码节点在其两条生成路径上的上游和下游相邻节点为第一类节点，所有非第一类节点为第二类节点，其中，所述生成路径满足如下规则：假设认知无线网络已经根据认知节点交互控制信息的需求为每对控制信息的发送节点Si和接收节点Ri建立了唯一一条控制信息传输的单向路径Routei，认知无线网络已经根据认知节点交互控制信息的需求为每对控制信息的发送节点Sj和接收节点Rj建立了唯一一条控制信息传输的单向路径，设置节点k为编码节点以负责对所述Routei和Routej上传输的控制信息进行网络编码，并将编码生成的控制信息进一步广播给节点k在Routei和Routej上的下游相邻节点，则所述Routei和Routej为编码节点k的两条生成路径，其中，i表示节点编号，j表示节点编码，k表示节点编号，i≠j≠k，所述Routei和Routej同时满足如下限制条件：条件1、存在至少一个认知节点k满足其中，UN(Routei,k)表示认知节点k在路径Routei上的上游相邻节点，UN(Routej,k)认知节点k在路径Routej上的上游相邻节点；条件2、路径Routei上的源节点Si和路径Routej上的目的节点Rj之间的最小割大于等
\t于2，路径Routej上的源节点Sj和路径Routei上的目的节点Ri之间的最小割大于等于2；S4、编码节点在所有可选跳频序列中随机选取一个跳频序列作为自身跳频序列，并将所述自身跳频序列通过专用控制信道向所述编码节点的...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭雪松，王立书，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51