一种基于环境频谱感知的鲁棒跳频组网方法技术

本发明专利技术提供了一种基于环境频谱感知的鲁棒跳频组网方法，属于通信技术领域。本发明专利技术方法实现了基于各节点环境频谱情况的通信频段评价，以通信网络内各个节点周围一段时间内的环境频谱为评判标准，建立备选通信频段并判断当前通信频段是否能够保证通信鲁棒性。当判定无法保证通信稳定，则启动跳频策略切换到当前环境最优频段；若出现节点受攻击脱离通信网络时，则启用通信恢复策略尝试重构自组网结构。本发明专利技术能够实现在复杂电磁条件下的自组网鲁棒通信，解决了复杂电磁环境下出现的数据传输不稳定的问题，实现鲁棒的自组网通信，在网络处于不稳定的频谱环境时，节点通过协商选择最优的频段进行通信，并且在网络受到攻击后可自主恢复的自组网通信。主恢复的自组网通信。主恢复的自组网通信。

【技术实现步骤摘要】
一种基于环境频谱感知的鲁棒跳频组网方法


[0001]本专利技术属于通信
，尤其涉及一种基于环境频谱感知的鲁棒跳频组网方法。

技术介绍

[0002]随着通信模块日益小型化，车载通信模块、船载通信模块、无人机机载通信模块相继得到了应用。动态自组织网络所处的工作环境愈加的广泛，同时其面临的情况也愈加复杂。
[0003]当自组织网络应用于无人机通信、海上通信等场景时，将面临复杂多变的电磁环境，用频冲突和电磁干扰等将严重影响通信质量，甚至导致自组网节点之间的通信异常中断。自组网节点需要在同一频段一致方可建立通信链路。现有的自组网路由协议需要初始化一个通信频段，才能将所有的节点进行组网。一般设置初始化通信频段前，会对当前环境频谱进行检测，再进行选取。但是随着时间和空间上的变化，通信节点所在时空的环境频谱也会有相应的改变，此时自组网节点却无法对频谱的改变做出相应的调整。
[0004]现有的自组网通信方法，在复杂电磁环境中，无法根据环境频谱做出改变，通信质量可能会随着环境的改变而变差。

技术实现思路

[0005]为应对在复杂电磁环境下可能出现的数据传输不稳定的问题，本专利技术提供了一种基于环境频谱感知的鲁棒跳频组网方法，以通信网络内各个节点周围的一段时间内的环境频谱为评判标准，建立备选通信频段，检测当前通信频段是否能够保证通信稳定，当判定不稳定时，启动跳频策略切换到当前环境最优频段进行通信，保证复杂电磁环境下的通信质量，保证通信鲁棒性。
[0006]本专利技术的一种基于环境频谱自主跳频的自组网通信方法，利用持续检测到的环境频谱作为评判标准，对通信电磁环境进行评价，建立备选通信频点并依据通信情况实施跳频策略。
[0007]具体地，所述方法包括以下步骤：
[0008]S1：自组网初始化，独立节点入网；
[0009]S2：节点扫频获取自身环境频谱信息，并预处理环境频谱数据；
[0010]S3：时空频谱评判并建立候选频段表；
[0011]S4：根据当前通信状态判断是否执行跳频策略，当需要跳频时，自组网内所有节点根据候选频段列表切换通信频段。
[0012]所述步骤S1中，自组网初始化时，初始化通信节点通过通信交换的信息内容，包括：候选频段列表，跳频指令符，节点自身的环境频谱底噪强度及频谱稳定性指标。
[0013]所述步骤S1中，自组网初始化包括：按照预先设定的各节点所需存储信息内容，各节点通过通信交换信息内容，以及各节点信息交流方式，对各通信节点进行初始化。
[0014]所述步骤S1中，独立节点入网，具体是：节点判定自身是否入网，若判定自身没入网，则进入全频段跳频模式。在该模式下，节点将从可用最低频段逐步跳到可用最高频段，并不断循环。跳频过程中，节点在各频段等待固定时间，用于收发各节点广播信息，若收到自组网节点广播包则判定进入自组网，停止跳频。
[0015]所述步骤S2中，自组网内各通信节点配备频谱探测仪，进行扫频作业，输出所有可通信频段的底噪强度。
[0016]所述步骤S2中，预处理根据扫频获取的通信频段的底噪强度，计算获取底噪强度与频谱稳定性两个指标；节点将获取的底噪强度与频谱稳定性指标广播至全网。
[0017]所述步骤S3中，所述主控节点建立候选频段列表的方式是：自组网内各节点获取到自组网内所有节点广播的底噪强度与频谱稳定性指标，计算所有节点的底噪强度指标的均值和变异系数，以及所有节点的频谱稳定性指标的均值和变异系数，依次对应四个优先级别；按照四个优先级别对所有可用通信频段进行排序，并删掉底噪强度指标均值小于预设底噪阈值的频段，获得候选频段列表。候选频段列表中越靠前的通信频段的环境稳定性越优。
[0018]所述步骤S4中，包括正常通信时刻跳频策略和受攻击后跳频策略两种跳频策略。
[0019]自组网正常通信状态下，由于时空的变换，自组网通信频段的虽然能支持节点之间的通信，但是由于底噪过大或者频谱波动过大，将导致通信不稳定，丢包率上升等问题。因此，主控节点在计算得到候选频段列表后，检测自组网的通信频段是否在候选频段列表中，若在，不执行跳频；否则，执行跳频，主控节点向全网发送跳频指令，自组网内各节点收到跳频指令后，等待相同时间后跳频至候选频段列表中第一候选频段进行通信。
[0020]受攻击后跳频策略，首先区分节点所在群体的规模，后根据群体规模节点按照存储的候选频段列表进行跳频，直到网络重组完成。
[0021]相对于现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0022](1)本专利技术方法中实现了基于各节点环境频谱情况的通信频段评价方法，为了减少对通信资源的占用，只使用底噪强度与频谱稳定性两个指标来预评判自身所处频谱环境，由主控节点根据自组网内所有节点的这两个指标建立候选频段表，判断自组网是否切换通信频段，保证了候选频段表的统一性，实现了检测通信频段底噪是否过大或者环境频谱波动是否较大，能够保证通信鲁棒性。
[0023](2)本专利技术方法实现了能够在复杂电磁条件下稳定的自组网通信。本专利技术方法通过建立的候选频段列表可以避免自组网采用不稳定的通信频段，实现通信数据稳定传输。
[0024](3)本专利技术方法实现了在网络受到干扰或者攻击后可自主恢复的自组网通信。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，通过参考附图会更加清楚的理解本专利技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本专利技术进行任何限制，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
[0026]图1是本专利技术的基于环境频谱感知的鲁棒跳频组网方法的流程示意图。
具体实施方式
[0027]为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0028]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0029]目前在通信领域，对复杂电磁环境下的通信策略较少。本专利技术构建了一种基于环境频谱感知的鲁棒跳频组网方法，通过检测当前通信频段是否稳定，以启动跳频策略切换到当前环境最优频段进行通信。采用本专利技术方法可以实现通信网络在复杂电磁环境下工作，在通信频段底噪过大或者环境频谱波动较大时，切换至更稳定的频段通信，并在通信节点受到电磁攻击后能快速修复，启动跳频策略重组通信网络。
[0030]如图1所示，本专利技术的一种基于环境频谱感知的鲁棒跳频组网方法，利用持续检测到的环境频谱作为评判标准，对通信电磁环境进行评价，建立备选通信频点并依据通信情况实施跳频策略，包括以下步骤S1～S4。
[0031]S1：自组网初始化，各节点入网，包括以下子步骤S1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于环境频谱感知的鲁棒跳频组网方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1，自组网初始化，独立节点入网；自组网初始化时，初始化通信节点通过通信交换的信息内容，包括：候选频段列表，跳频指令符，节点自身环境频谱底噪强度及频谱稳定性指标；步骤2，自组网组建后，自组网内各通信节点扫频获取自身环境频谱信息并预处理，预评判自身所处频谱环境；所述预处理根据扫频获取的通信频段的底噪强度，计算获取底噪强度与频谱稳定性两个指标；节点将获取的底噪强度与频谱稳定性指标广播至全网；步骤3，自组网选举主控节点，由主控节点建立候选频段列表，并广播至全网，自组网内所有节点更新存储的候选频段列表；所述主控节点建立候选频段列表的方式是：自组网内各节点获取到自组网内所有节点广播的底噪强度与频谱稳定性指标，计算所有节点的底噪强度指标的均值和变异系数，以及所有节点的频谱稳定性指标的均值和变异系数，依次对应四个优先级别；按照四个优先级别对所有可用通信频段进行排序，并删掉底噪强度指标均值小于预设底噪阈值的频段，获得候选频段列表；候选频段列表中越靠前的通信频段的环境稳定性越优；步骤4，根据当前通信状态判断是否跳频，当需要跳频时，自组网内所有节点根据候选频段列表切换通信频段。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述的步骤4，自组网正常通信状态下，主控节点在计算得到候选频段列表后，检测自组网的通信频段是否在候选频段列表中，若在，则不执行跳频；否则，执行跳频，主控节点向全网发送跳频指令，自组网内各节点收到跳频指令后，等待相同时间后跳频至候选频段列表中第一候选频段进行通信。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述的步骤4，自组网受攻击后，根据受攻击后节点所在群体规模进行跳频，直到网络重组完成，具体是：(1)当节点存储的当前自组网内节点信息表中的节点数低于攻击前存储的自组网节点数量一半时，判定节点所在群体规模为小群；否则，判定节点所在群体规模为大群；(2)针对大群，所有节点等待设定时间后，按照存储的候选频段列表进行跳频，等待独立节点入网；若尝试了候选频段列表中所有频段后，自组网规模依旧没回到攻击前状态，认为未入网节点损毁，更新现有自组网规模，然后继续转步骤2执行；(3)针对小群，节点在等待设定时间后，按照存储的候选频段列表进行跳频，尝试重新入网；若尝试了候选频段列表中所有频段后，节点依旧没入网，进入全频段跳频模式，直到接入网络。4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述的步骤1，自组网初始化时，按照预先设定的节点所需存储信息内容、节点通过通信交换的信息内容、以及节点信息交流方式，对各通信节点进行初始化；其中，节点所需存储信息内容包括：节点通信频段freq；初...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵中亮，汪一杰，王宇豪，曹先彬，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：