一种非合作无线通信网络的拓扑结构跟踪方法技术

本发明专利技术属于通信网络拓扑结构推理技术领域，具体涉及一种非合作无线通信网络的拓扑结构跟踪方法。本发明专利技术适用于非合作场景，同时适用于时变通信网络，在目标无线通信网络节点信号消失时能快速找到节点新的发送信号频点。本发明专利技术中跟踪目标无线通信网络节点采用线性自回归的格兰杰因果分析方法，比采用非线性映射的调制识别及辐射源识别更加简洁高效，用格兰杰因果分析匹配信号相比于调制识别与辐射源识别的方式更不容易受到干扰，以较高效率挖掘变化节点可能存在的新的通联关系。变化节点可能存在的新的通联关系。变化节点可能存在的新的通联关系。

【技术实现步骤摘要】
一种非合作无线通信网络的拓扑结构跟踪方法


[0001]本专利技术属于通信网络拓扑结构推理
，具体涉及一种非合作无线通信网络的拓扑结构跟踪方法。

技术介绍

[0002]在通信网络拓扑结构推理领域，非合作时变无线通信网络的拓扑结构跟踪是十分重要的研究方向，非合作方通信网络通联关系变化频繁，非合作方单位空间分布的改变、突发事件以及目标通信网络刻意躲避等行为都会引起通信网络拓扑结构的改变，这给非合作场景下的目标通信网络推理提出挑战。近年来，有众多专家学者在时变无线通信网络的拓扑结构跟踪方面提出了许多高效、可靠的方法。
[0003]2018年南京理工大学张苏元等人提出一种基于贝叶斯理论的时变网络链路预测方法(申请号：CN201811237929.0)，该专利技术的基本思想是认为同类节点之间有关系的可能较异类节点之间有关系的可能更大，首先基于相关性用统计学的方法以过去时刻的网络序列预测未来时刻的网络序列，再通过贝叶斯方法利用多层网络信息对预测结果进行修正。该专利技术从相关性出发进行网络拓扑结构的预测决定了其方法的准确性较低，尤其是在非合作对抗场景只有考虑多种因素从因果性出发才能对网络拓扑结构实施准确的预测。
[0004]2020年南京大学的王健等人提出了一种面向时变网络的主动网络拓扑构建方法及系统(申请号：CN202011250831.6)，该专利技术拟解决一般网络拓扑构建策略单一、适应时变网络能力弱的问题，首先从网络中多个节点提取网络态势特征构建态势参数集，特征包括节点拥塞概率、节点对相对稳定度、平均带宽、平均时延及平均丢包率等，再以广播的方式进行全网态势参数信息共享，最终实现全网态势信息聚合，最后得到多维全网邻接矩阵等。该专利技术从整个网络的态势角度去对时变网络进行拓扑结构构建，然而该专利技术中很多参数只有在合作条件下才能获得该专利技术不能直接用于非合作场景。
[0005]2022年陆军工程大学的宋叶辉等人在中国航空杂志Chinese Journal of Aeronautics上发表了文章《Topology tracking of dynamic UAV wirelessnetworks》在其中介绍了一种动态无人机无线网络的拓扑结构跟踪方法，该方法将无人机群间的通信事件建模为多维霍克斯过程，通过求解多维霍克斯过程得到网络拓扑结构，并利用无人机网络渐变的特点使用滑窗机制持续对网络拓扑结构进行跟踪。该方法侧重于分析多通信节点之间复杂的通联关系，未考虑通信节点频点转移及后续跟踪的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种非合作无线通信网络的拓扑结构跟踪方法。
[0007]一种非合作无线通信网络的拓扑结构跟踪方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：感知网络持续接收来自目标无线通信网络中各节点x
i
的信号{S
i
(t)}；
[0009]步骤2：在同一时长T
power
内，计算目标无线通信网络中各节点x
i
的信号能量在目标无线通信网络拓扑结构稳定不变时，记录各节点x
i
的信号能量均
值若则将节点x
i
记为变化节点x
m
，执行步骤3至步骤9进行目标无线通信网络的拓扑结构跟踪；
[0010]步骤3：获取目标无线通信网络中变化节点x
m
曾经的邻接节点{x1}，截取T
granger
时长的来自节点{x1}的辐射信号以等间隔时长从中提取通信事件
[0011]步骤4：选择一个无有效信号及干扰信号的频点接收T
power
时长信号，计算纯噪声能量
[0012]若变化节点x
m
的信号能量大于纯噪声能量则先从变化节点x
m
原频点提取通信事件S
m
(n)，对S
m
(n)与进行格兰杰分析，若S
m
(n)与存在格兰杰因果，则判定目标无线通信网络的拓扑结构不变；否则，执行步骤5；
[0013]若变化节点x
m
的信号能量小于或等于纯噪声能量则直接执行步骤5；
[0014]步骤5：从最低频点f
low
开始分析，令当前频点f
p
为最低频点f
low
；
[0015]步骤6：截取T
granger
时长的当前频点f
p
的信号以等间隔时长从中提取通信事件
[0016]步骤7：对与进行格兰杰分析；若与存在格兰杰因果，则频点f
p
为节点x
m
新的频点，记为执行步骤8；否则，切换到下一频点，返回步骤6；
[0017]若直到f
p
为最高频点f
high
时仍未检测到节点x
m
新的频点，则判定目标无线通信网络的拓扑结构不变；
[0018]步骤8：截取T
granger
时长的频点信号以等间隔时长从中提取通信事件
[0019]步骤9：从节点x
m
的二阶邻接节点遍历到x
m
在目标无线通信网络拓扑结构中的最高阶邻接节点，这些节点的集合记为x
n
＝{x2,x3...x
n
}，x
n
表示x
m
的n阶邻接节点；遍历过程中分析与x
n
中通信事件S
n
(t)之间的格兰杰因果关系，发掘节点x
m
是否有新的通联关系；若遍历过程中发现节点x
m
有新的通联关系，则立刻更新目标无线通信网络拓扑结构，并更新集合x
n
。
[0020]进一步地，所述格兰杰分析的具体步骤为：以步骤7中对与进行格兰杰分析为例，具体步骤为：
[0021]步骤7.1：对进行线性自回归；
[0022][0023][0024]其中，τ为自回归阶数；ε1(n),ε0(n)为回归拟合的残余噪声；a
1,k
,b
1,k
,a
0,k
是自回归模型的回归参数；
[0025]步骤7.2：计算在自回归模型下的残差平方和计算在自回归模型下的残差平方和
[0026]步骤7.3：计算作为因果关系的度量，表示由参与推断情况下的格兰杰因果性，var(R1)及var(R0)为多次进行自回归的多个R1及R0的方差；
[0027]步骤7.4：重复步骤7.1到步骤7.2计算与S
noise
(n)的值作为判断通联关系的阈值；其中，S
noise
(n)为从纯噪声S
noise
(t)中以等间隔时长提取的通信事件；
[0028]步骤7.5：如果当前频点f
p
计算的值大于则判定当前频点f
p
是变化节点x
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非合作无线通信网络的拓扑结构跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：感知网络持续接收来自目标无线通信网络中各节点x
i
的信号{S
i
(t)}；步骤2：在同一时长T
power
内，计算目标无线通信网络中各节点x
i
的信号能量在目标无线通信网络拓扑结构稳定不变时，记录各节点x
i
的信号能量均值若则将节点x
i
记为变化节点x
m
，执行步骤3至步骤9进行目标无线通信网络的拓扑结构跟踪；步骤3：获取目标无线通信网络中变化节点x
m
曾经的邻接节点{x1}，截取T
granger
时长的来自节点{x1}的辐射信号以等间隔时长从中提取通信事件步骤4：选择一个无有效信号及干扰信号的频点接收T
power
时长信号，计算纯噪声能量若变化节点x
m
的信号能量大于纯噪声能量则先从变化节点x
m
原频点提取通信事件S
m
(n)，对S
m
(n)与进行格兰杰分析，若S
m
(n)与存在格兰杰因果，则判定目标无线通信网络的拓扑结构不变；否则，执行步骤5；若变化节点x
m
的信号能量小于或等于纯噪声能量则直接执行步骤5；步骤5：从最低频点f
low
开始分析，令当前频点f
p
为最低频点f
low
；步骤6：截取T
granger
时长的当前频点f
p
的信号以等间隔时长从中提取通信事件步骤7：对与进行格兰杰分析；若与{S
x1
(n)}存在格兰杰因果，则频点f
p
为节点x
m
新的频点，记为执行步骤8；否则，切换到下一频点，返回步骤6；若直到f
p
为最高频点f
high
时仍未检测到节点x
...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志超，侯长波，吴翔宇，张志鹏，付丁一，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：