一种分布式的异步跳频系统跳频序列生成方法技术方案

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跳频汇聚的控制信息交互机制。本发明专利技术提出了一种分布式的异步跳频系统(DCQS‑ACH)跳频序列生成方法，该方法可以基于任意N个互不相交的集合Zn＝{0,1,...,n‑1}上的循环quorum系统构造出n个跳频序列，同时可以实现任意2个跳频序列在任意N个可接入信道上的跳频汇聚。本发明专利技术方法生成的跳频序列，使系统的

【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跳频汇聚的控制信息交互机制。
技术介绍
为了在分布式的控制方式下确保认知无线网络相邻节点之间能够实现高效而可靠的控制信息交互，需要该网络不依赖于任何预先建立的固定控制信道，并能支持多个认知节点收发节点对同时在多个不同的信道上交互控制信息，从而在不干扰授权用户通信的前提下充分利用多信道资源来实现认知通信。而基于跳频汇聚的控制信息交互技术正好可以满足这一需求。在基于该技术的认知无线网络中，每个认知节点均独立地按着一种预设的方式生成自己的跳频序列，并根据该跳频序列不断地调整其收发信机以实现在多个可接入信道上的周期性跳跃。当两个相邻认知节点同时跳跃到同一信道上时，它们就实现了跳频汇聚，并可以实现包括时钟同步、信道感知结果、网络拓扑和通信频段预约等控制信息的交互。特别地，如果认知无线网络中的所有发送和接收节点均按照相同的方式来产生其跳频序列，那么由所有可能产生的跳频序列所构成的跳频序列集合即为对称跳频系统。另一方面，如果所有的认知发送节点基于一种预设的方式产生跳频序列，而所有的认知接收节点则按照另一种不同的方式产生跳频序列，那么相应的跳频序列集合即为非对称跳频系统。也就是说，在对称跳频系统中，每个节点不需要根据其接收或发送角色来生成跳频序列，而在非对称跳频系统中，每个节点则需要。因为在大多数的通信应用场景中很难事先确定一个认知节点是发送方还是接收方，所以对称跳频系统比非对称系统有着更广的适用范围。现有文献提出了多种适用于认知无线网络的对称同步和对称异步的跳频系统。表1总结了这些跳频系统以及相应的汇聚度DoR、最大汇聚时间间隔MTTR、平均汇聚时间间隔ATTR、最大条件汇聚时间间隔MCTTR和信道负载等参数指标。其中，DCQS-SCH和DCQS-ACH分别是本专利技术所设计的对称同步和对称异步跳频系统，而剩余的则是已有的同步或异步跳频系统。●汇聚度(DoR)：即在该跳频系统中任意两个跳频序列能够实现跳频汇聚的信道总个数。该参数描述了一个跳频系统的通信健壮性。如果任意两个跳频序列能够汇聚的信道数越多，那么采用这两个跳频序列的相邻认知节点就越不容易与主用户对授权信道的占用产生相互影响，从而具备更强的抗主用户干扰能力。●汇聚时间(TTR)：即在该跳频系统中任意两个跳频序列实现连续两次跳频汇聚的时间间隔。在不存在主用户干扰的情况下，两种常用的汇聚时间参数是所谓的最大汇聚时间(MTTR)和平均汇聚时间(ATTR)。它们分别表示，当所有信道均未被主用户占用时，任意两个跳频序列实现连续两次跳频汇聚的平均时间间隔和最大时间间隔。另一方面，当只有一个授权信道未被主用户占用而剩余授权信道均为被主用户占用时，任意两个跳频序列实现连续两次跳频汇聚的最大时间间隔即为最大条件汇聚时间(MCTTR)。通常来说，如果一个跳频系统的MTTR、ATTR和MCTTR值越小，那么基于该跳频系统的认知无线网络平均传输时延就会越小，从而具备更佳的网络传输性能。●信道负载：即在该跳频系统中在某个信道上同时实现跳频汇聚的最多跳频序列个数与该系统跳频序列总个数之间的比值。因此，信道负载的取值范围是[0,1]。它描述了在认知无线网络中可能出现的在某个通信信道上最为拥挤的控制信息交互情况。一般地，如果一个跳频系统的信道负载越小，那么基于该跳频系统的认知无线网络的控制信息交互就越不容易出现控制分组碰撞，从而具备更佳的网络传输性能。具体地说，针对具备全网同步时钟的认知无线网络，现在普遍采用两种对称同步跳频系统，即SSCH与DH-MAC，但是它们的DoR都只有1。为解决这个问题，出现了另外两种对称同步跳频系统，即M-QCH和L-QCH，以确保任意两个跳频序列能够在所有可接入信道上实现跳频汇聚。虽然M-QCH能够最小化任意两个跳频系统的MTTR，但是它产生了较高信道负载，即2/3，因而不适用于通信负载较重的认知无线网络。与此相反，L-QCH基于最小循环quorum系统，能在满足一定的MTTR上限的前提下，最小化跳频系统的信道负载。然而，L-QCH的TTR比M-QCH更大，并且在L-QCH的跳频序列中很多空闲时隙都未被用作跳频汇聚，从而被无端浪费掉了。实际上，要在分布式网络控制下实现多跳认知无线网络所有节点的全局时钟同步是一件非常困难的事情。因此，现有研究更多地集中在认知无线网络对称异步跳频系统的设计上。K.Bian,J.-M.Park,andR.Chen,“Controlchannelestablishmentincognitiveradionetworksusingchannelhopping,”IEEEJ.SelectedAreasComm.,vol.29,no.4,pp.689–703,2011.提出了一种名为A-QCH对称异步跳频系统，通过结合两种互不相交的循环quorum系统来构造DoR仅为2的对称异步跳频序列集合。G.-Y.Chang,W.-H.Teng,H.-Y.Chen,andJ.-P.Sheu,“Novelchannel-hoppingschemesforcognitiveradionetworks,”IEEETrans.MobileComput.,vol.13,no.2,pp.407–421,2014.则基于顺时针和逆时针方向旋转以实现汇聚的数学原理提出了一种DoR仅为1的SARCH对称异步跳频系统。然而，极低的DoR值导致A-QCH与SARCH在主用户干扰情况下的鲁棒性较差。为了解决这个问题，F.Hou,L.X.Cai,X.S.Shen,andJ.Huang,“AsynchronousmultichannelMACdesignwithdifference-set-basedhoppingsequences,”IEEETrans.Vehi.Tech.,vol.60,no.4,pp.1728–1739,2011.基于N个互不相交的差集生成一个全网所有节点均采用的跳频序列，以确保任意两个认知节点都能够在N个不同可接入信道上实现跳频汇聚。然而，在极端情况下，当所有节点的时钟完全同步时就会导致跳频系统的信道负载增大到1，同时它也没有进一步研究如何去多个互不相交的差集。与此同时，K.BianandJ.-M.J.Park,“Maximizingrendezvousdiversityinrendezvousprotocolsfordecentralizedcognitiveradionetworks,”IEEETrans.MobileComput.,vol.12,no.7本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式的异步跳频系统跳频序列生成方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、异步跳频系统包含n个跳频序列，每个跳频序列的周期长度是n个时隙；S2、对n个跳频序列进行编号，编号记作：0，1，2，3，…，i，...，n‑1，对每个跳频序列的每个周期内的n个时隙进行编号，编号记作：0，1，2，3，…，n‑1，对分别生成n个跳频序列的n个(N,n,k)‑UDDS进行编号，编号记作：0，1，2，3，…，i，...，n‑1，对每个(N,n,k)‑UDDS所划分出来的N个互不相交的(n,k)‑DS进行编号，编号记作：0，1，2，3，…，j，...，N‑1，对每个(n,k)‑DS所包含的k个时隙进行编号，编号记作：t0，t1，t2，t3，…，td，...，tk‑1，对N个可汇聚信道进行编号，编号记作：0，1，2，3，…，N‑1；S3、在每个周期属于第i个(N,n,k)‑UDDS的第j个(n,k)‑DS的第td个时隙内，第i个跳频序列跳跃到可汇聚信道j上，即当基于第a个(N,n,k)‑UDDS，和第b个(N,n,k)‑UDDS，分别生成第a个跳频序列和第b个跳频序列的起始时间相差r个时隙时，所述第a个跳频序列和第b个跳频序列能够在N个不同的信道0，1，...，N‑1上实现汇聚，所述第a个跳频序列和第b个跳频序列在每个周期内一定会在所有N个汇聚信道上实现大于等于N次的跳频汇聚，所述第a个跳频序列和第b个跳频序列在每个周期内一定会在每个汇聚信道上实现大于等于1次的跳频汇聚，所述第a个跳频序列和第b个跳频序列实现连续两次汇聚的平均时间间隔小于等于其中，r为任意实数，a,b,i均表示循环quorum系统中的(N,n,k)‑UDDS编号或者基于(N,n,k)‑UDDS所生成的跳频序列编号，a≠b，j表示每个(N,n,k)‑UDDS所划分出来的N个互不相交(n,k)‑DS的编号，j∈[0,N‑1]，td表示每个(n,k)‑DS所包含的k个时隙的编号；S4、在每个周期编号不属于第i个(N,n,k)‑UDDS的每个时隙内，第i个跳频序列跳跃到一个随机选择的信道h上，其中，...

【技术特征摘要】
1.一种分布式的异步跳频系统跳频序列生成方法，其特征在于，包括如下步
骤：
S1、异步跳频系统包含n个跳频序列，每个跳频序列的周期长度是n个时隙；
S2、对n个跳频序列进行编号，编号记作：0，1，2，3，…，i，...，n-1，对每个
跳频序列的每个周期内的n个时隙进行编号，编号记作：0，1，2，3，…，n-1，对分别
生成n个跳频序列的n个(N,n,k)-UDDS进行编号，编号记作：0，1，2，3，…，i，...，n-1，
对每个(N,n,k)-UDDS所划分出来的N个互不相交的(n,k)-DS进行编号，编号记作：0，1，2，
3，…，j，...，N-1，对每个(n,k)-DS所包含的k个时隙进行编号，编号记作：t0，t1，
t2，t3，…，td，...，tk-1，对N个可汇聚信道进行编号，编号记作：0，1，2，3，…，N-1；
S3、在每个周期属于第i个(N,n,k)-UDDS的第j个(n,k)-DS的第td个时隙内，第i个跳
频序列跳跃到可汇聚信道j上，即当基于第a个(N,n,k)-UDDS，和第b个
(N,n,k)-UDDS，分别生成第a个跳频序列和第b个跳频序列的起始时
间相差r个时隙时，所述第a个跳频序列和第b个跳频序列能够在N个不同的信...

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