一种适用于多天线认知无线网络的匿名跳频序列设计方法技术

本发明专利技术属于通讯技术领域，尤其涉及一种适用于多天线认知无线网络的异步跳频序列设计方法。本发明专利技术的目的在于为时钟异步和天线异构的分布式控制认知无线电网络设计一种适用于控制信息交互的匿名式跳频序列生成方法，确保具备不同本地可用信道集合和配置不同天线个数的两个认知节点能在任意的跳频起始时刻差异下在它们的所有公共可用信道上实现跳频汇聚，为多天线认知节点提供与单天线认知节点向后兼容的跳频汇聚能力，并且能在本地可用信道个数远小于认知无线网络的可接入信道总数N的情况下实现优于理论上限值O(N2)的MTTR值，从而有效提升任意两个天线和可用信道异构认知节点的匿名式控制信息交互性能。节点的匿名式控制信息交互性能。节点的匿名式控制信息交互性能。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于多天线认知无线网络的匿名跳频序列设计方法


[0001]本专利技术属于通讯
，尤其涉及一种适用于无线通信网络的基于频率跳变的控制信息交互机制设计。

技术介绍

[0002]认知无线网络通常由不具备合法授权频谱资源的一组网络通信节点所构成。在确保授权用户合法通信不受干扰的前提下，认知无线网络节点需要灵活接入适当的授权通信频段以完成彼此之间的通信功能。在基于分布式控制的认知无线网络中，不同认知节点所处的不同物理位置，以及它们所具备的频谱感知能力不同，都会导致它们在本地感知到的可用通信频段(或者信道)集合也是不同的，从而对它们之间的通信频段选择带来困难。为此，每个认知节点需要基于适当的跳频机制，在所有本地可用信道中快速寻找与其邻居节点皆可用的信道，从而实现汇聚并为包括频谱感知结果、时钟信息、节点编号和握手协商等在内的各类型控制信息交互提供高效可靠的频段基础。
[0003]具体地说，在配置了R
A
根天线的认知节点A和配置了R
B
根天线的认知节点B之间实现跳频汇聚过程中，只有当节点A的至少一根天线与节点B配置的至少一根天线在同一时隙内切换到相同的信道，那么它们才能够建立通信和交互控制信息，其中R
A
≥1和R
B
≥1。因此，需要为每个具备了R根天线的认知节点生成一个由R个跳频序列所组成的跳频序列集合，以分别指导其R根天线的跳频过程，从而尽可能提升相邻节点之间控制信息交互性能。通常，衡量一个跳频序列集合生成方法优劣的性能参数包括：
[0004]汇聚度(Degree of Rendezvous，简称DoR)，即任意两个认知节点根据该方法所生成的跳频序列集合能够实现汇聚的信道总个数。通常，汇聚度的最大化可以有效提升认知无线网络控制信息交互的抗干扰性能。
[0005]最大汇聚时间间隔(Maximum time
‑
to
‑
rendezvous，简称MTTR)，即当任意两个认知节点均采用该方法所生成的跳频序列集合时，从它们中的后一节点开始跳频到它们首次实现汇聚的最大时间间隔。当MTTR值越小时，两个认知节点实现汇聚的最长时延也就越小，而它们之间的控制信息交互性能也就越好。
[0006]由于目前不同的无线通信设备通常配置了不同数量的天线，因此有必要为具备不同天线数量的两个认知节点设计能确保其实现汇聚的跳频序列生成算法。特别地，当认知节点所采用的跳频序列生成方法具备后向兼容(即支持一个多天线认知节点与一个单天线认知节点在它们的公共可用信道上实现跳频汇聚)能力时，任意两个天线异构的认知节点实现跳频汇聚的灵活性和适用范围就得到了有效保障。
[0007]此外，现有的跳频序列集合方法通常采用匿名和非匿名等两种方式。其中，非匿名的生成方法需要基于每个认知节点独一无二的编址(例如48位MAC地址)，并对该编址中的每个符号进行适当扩展，以为该节点生成其跳频序列集合，而匿名的生成方法则完全不需要用到认知节点的编址信息来生成其跳频序列集合。由于基于非匿名方式所生成的跳频序列集合存在其MTTR会随着网络节点规模增大和节点所需编址长度增加而相应增大，以及容
易受到恶意的节点编址分析、监听和攻击等安全缺陷，因此基于非匿名方式所生成的跳频序列集合通常更安全，并且能在认知无线网络规模增加的情况下获得更好的跳频汇聚性能。
[0008]然而，虽然现有跳频汇聚算法能够实现支持任意两个认知节点在任意N个不同信道上均实现匿名汇聚，但是当汇聚信道数N增大时该类算法的MTTR会以O(N2)的更快速度增大，从而导致其跳频汇聚性能低下。为弥补这一缺陷，每个认知节点A可以通过只在本地感知到的N
a
个可用信道上跳频的方式，避免访问本地不可用信道所导致的时间资源浪费，从而能在本地可用信道个数N
a
远小于认知无线网络的可接入信道总数N的情况下实现优于MTTR理论上限值为O(N2)的匿名跳频汇聚性能。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于为时钟异步和天线异构的分布式控制认知无线电网络设计一种适用于控制信息交互的匿名式跳频序列生成方法，确保具备不同本地可用信道集合和配置不同天线个数的两个认知节点能在任意的跳频起始时刻差异下在它们的所有公共可用信道上实现跳频汇聚，为多天线认知节点提供与单天线认知节点向后兼容的跳频汇聚能力，并且能在本地可用信道个数远小于认知无线网络的可接入信道总数N的情况下实现优于理论上限值O(N2)的MTTR值，从而有效提升任意两个天线和可用信道异构认知节点的匿名式控制信息交互性能。
[0010]为便于阐述和理解本专利技术技术方案，首先对本专利技术所使涉及的基本概念和原理进行简单介绍：
[0011]定义1.如果集合Z
n
＝{0,1,
…
,n
‑
1}的一个k元素子集A＝{a0,a1,
…
,a
k
‑1}满足如下条件，即对于任意非零整数d∈Z
n
均存在至少一个有序元素对(a
i
,a
j
)满足a
i
∈A，a
j
∈A和d＝a
i
‑
a
j modulo n，那么集合A就被称为一个(n,k)
‑
松弛循环差集或简称为(n,k)
‑
DS，其中Z
n
表示对所有整数取模n所构成的集合。
[0012]定义2.对一个k元素集合执行距离为r∈[0,n
‑
1]的旋转可以得到一个k元素集合，即可以得到一个k元素集合，即
[0013]对于任意n≥2来说，(n,k)
‑
DS总是存在的，并有如下两个推论成立：
[0014]推论1.如果一个k元素集合是(n,k)
‑
DS，那么其旋转集合也是一个(n,k)
‑
DS。
[0015]推论2.对于(n,k)
‑
DS A来说，总有r
j
∈[0,n
‑
1]成立。
[0016]定义3.如果一个Mk元素集合可以被划分为M个互不相交的(n,k)
‑
DS，那么集合U被称为一个M维不相交(n,k)
‑
差集组合或简称为一个(M,n,k)
‑
UDDS。
[0017]推论3.如果一个Mk元素集合是一个(M,n,k)
‑
UDDS，那么集合ROT(U,i)也构成一个(M,n,k)
‑
UDDS。
[0018]定义4.如果一个(3,15,5)
‑
UDDSU
(I)
可以划分成3个互不相交的(15,5)
‑
DSDS和并且满足r∈[1,14]的限制条件，那么该UDDS被称为一个第一类(3,15,5)
‑
UDDS。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于多天线认知无线网络的匿名跳频序列设计方法，定义多天线认知无线网络的可接入信道总数为N，每个认知节点CU
a
具备N
a
个可用信道和R
a
根天线，其中0≤v
a,0
<v
a,1
<v
a,2
≤N
‑
1，R
a
≥1，N
a
≥3R
a
，其特征在于，为R
a
根天线分别生成不同的周期性跳频序列的方法包括：S1、将认知节点CU
a
的R
a
根天线依次编号为0,1,2,
…
,R
a
‑
1；S2、将认知节点CU
a
的N
a
个可用信道划分为满足如下条件的R
a
个信道组：每个信道组i∈[0,p
‑
1]为一个包含G个信道的集合V
a,i
＝{v
a,iG
,v
a,iG+1
,
…
,v
a,(i+1)G
‑1}，其中p＝N
a
modulo R
a
和而每个信道组j∈[p,R
a
‑
1]为一个包含H个信道的集合V
a,j
＝{v
a,p(G
‑
H)+jH
,v
a,p(G
‑
H)+jH+1
,
…
,v
a,p(G
‑
H)+(j+1)H
‑1}，其中S3、初始化认知节点CU
a
的天线编号为r＝0；S4、初始化天线r的周期性跳频序列为S5、初始化跳频序列RS
a,r
的帧编号为i＝0；S6、初始化集合W
r,i
＝V
a,r
\{V
a,r
[i]}，其中V
a,r
[i]代表集合V
a,r
中的第i+1个信道编号；S7、初始化跳频序列RS
a,r
的帧i的子帧编号为j＝0；S8、如果(|V
a,r
|
‑
1)不能被2整除并且那么初始化集合V
r,i,j
＝{V
a,r
[i],W
r,i
[0],W
r,i
[|V
a,r
|
‑
2]}；否则，初始化集合V
r,i,j
＝{V
a,r
[i],W
r,i
[|V
a,r
|
‑3‑
2j],W
r,i
[|V
a,r
|
‑2‑
2j]}，W
r,i
[j]代表集合W
r,i
中的第j+1个信道编号；S9、将集合V
r,i,j
的3个元素按从小到大的顺序重新排列，使得V
r,i,j
[0]<V
r,i,j
[1]<V
r,i,j
[2]，并且设置u
a,0
＝V
r,i,j
[0]，u
a,1
＝V
r,i,j
[1]，以及u
a,2
＝V
r,i,j
[2]；S10、采用如下步骤，基于3个可用信道u
a,0
,u
a,1
和u
a,2
生成一个长度为个时隙的跳频序列T
a,r,i,j
：S101、将每个可用信道编号u
a,h
表示为一个二进制序列u
a,h
[0]u
a,h
[1]
…
u
a,h
[l1‑
1]，其中h∈[0,2]，以及u
a,h
[0]和u
a,h
[l1‑
1]分别代表二进制序列中权重最高和最低的比特位；S102、找到使得u
a,0
[L
a
]＝u
a,1
[L
a
]≠u
a,2
[L
a
]或u
a,0
[L
a
]≠u
a,1
[L
a
]＝u
a,2
[L
a
]成立的最小整数L
a
，并将L
a
表示为一个十一进制序列L

【专利技术属性】
技术研发人员：刘仁婷，谭雪松，甄云志，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：