本發(fā)明涉及分布式認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中的一種時(shí)間異步認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的勤務(wù)信道建立機(jī)制，特別適用于在時(shí)間異步的分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，多個對稱認(rèn)知節(jié)點(diǎn)在多個候選控制信道上建立勤務(wù)信道，支撐實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知信息交互和業(yè)務(wù)信道協(xié)商。
背景技術(shù)：
在集中式網(wǎng)絡(luò)中，存在中心控制器，認(rèn)知節(jié)點(diǎn)通過競爭隨機(jī)多址接入信道實(shí)現(xiàn)與中心控制器的互通，并進(jìn)一步在中心控制器的指導(dǎo)下完成認(rèn)知節(jié)點(diǎn)之間的業(yè)務(wù)信道協(xié)商。在傳統(tǒng)分布式網(wǎng)絡(luò)中，也存在一條專用公共控制信道，認(rèn)知節(jié)點(diǎn)通過競爭該控制信道的傳輸資源，實(shí)現(xiàn)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)間的感知信息交互和業(yè)務(wù)信道協(xié)商。然而，一旦多個認(rèn)知節(jié)點(diǎn)同時(shí)競爭專用公共控制信道的傳輸資源或者專用公共控制信道受到干擾時(shí)，就會導(dǎo)致該信道發(fā)生擁塞或癱瘓，進(jìn)而嚴(yán)重影響認(rèn)知節(jié)點(diǎn)間的信息交互并極大降低網(wǎng)絡(luò)的整體效率。因此，現(xiàn)有分布式認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中，通常設(shè)置多個共享控制信道，來提高認(rèn)知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交互的機(jī)會、增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的魯棒性。
在具有多個共享控制信道的分布式無線網(wǎng)絡(luò)中，認(rèn)知節(jié)點(diǎn)需要在多個控制信道之間進(jìn)行跳變來保證認(rèn)知節(jié)點(diǎn)之間能夠?qū)崿F(xiàn)交匯。C.Cormio在Ad Hoc Networks，2010，8，430-438：《Common Control Channel Design for Cognitive Radio Wireless Ad Hoc Networks Using Adaptive Frequency Hopping》一文中提出了認(rèn)知節(jié)點(diǎn)隨機(jī)接入共享控制信道的方法，但并不能保證在一定時(shí)限內(nèi)完成認(rèn)知節(jié)點(diǎn)間的交匯。S.Krishnamurthy在Computer Networks，2008(52)，831-849：《Time-Efficient Distributed Layer-2Auto-Configuration for Cognitive Radio Networks》一文中提出了一種基于遍歷廣播機(jī)制的信道跳變機(jī)制，但是只能應(yīng)用于所有認(rèn)知節(jié)點(diǎn)完全時(shí)間同步的場景。K.Bian在MobiCom，2009：《A Quorum-Based Framework for Establishing Control Channels in Dynamic Spectrum Access Networks》一文中提出了基于Quorum系統(tǒng)的時(shí)間同步和時(shí)間異步信道跳變機(jī)制，然而所提出的時(shí)間異步信道跳變機(jī)制僅適用于系統(tǒng)中存在兩個共享控制信道。
此外，信道跳變交匯機(jī)制僅保證多個認(rèn)知節(jié)點(diǎn)能夠同時(shí)訪問相同的控制信道，而要成功實(shí)現(xiàn)信息交互，還必須保證在信道交匯時(shí)僅有一個認(rèn)知節(jié)點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，其余所有認(rèn)知節(jié)點(diǎn)均處于接收狀態(tài)。MarkD.Silvius在IEEE Milicom，2009：《Rendezvous mac protocols for use in cognitive radio networks》一文中提出了采用“背靠背”重復(fù)策略的時(shí)隙設(shè)計(jì)方法，然而該算法并不能保證時(shí)間異步認(rèn)知節(jié)點(diǎn)在信道交匯時(shí)隙內(nèi)完成信息交互。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提出一種適用于時(shí)間異步認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的勤務(wù)信道建立方法。每個認(rèn)知節(jié)點(diǎn)采用基于三角數(shù)的方法產(chǎn)生多個跳變信道子序列，并和多個固定信道子序列進(jìn)行隨機(jī)組合排序產(chǎn)生完整信道跳變序列，各認(rèn)知節(jié)點(diǎn)依據(jù)自身產(chǎn)生的信道序列進(jìn)行跳變。同時(shí)，在信道交匯時(shí)隙設(shè)計(jì)中，劃分了多個子時(shí)隙，采用信息發(fā)送與信息接收重復(fù)機(jī)制，保證時(shí)間異步的接收、發(fā)送認(rèn)知節(jié)點(diǎn)在交匯時(shí)隙完成信息交互。本發(fā)明適用于在時(shí)間異步的分布式認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，解決多個身份對稱的認(rèn)知節(jié)點(diǎn)在多個共享控制信道上完成信道交匯和信息交互，進(jìn)而完成勤務(wù)信道建立。本發(fā)明能夠有效縮短勤務(wù)信道建立時(shí)間，并為分布式認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中認(rèn)知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行環(huán)境感知信息交互和業(yè)務(wù)信道協(xié)商提供穩(wěn)定可靠的勤務(wù)信道。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
一種適用于時(shí)間異步認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的勤務(wù)信道建立方法，其特征在于，包括以下步驟：
源節(jié)點(diǎn)的勤務(wù)信道建立過程：
(1)每個源節(jié)點(diǎn)根據(jù)系統(tǒng)規(guī)劃的共享控制信道數(shù)，分別產(chǎn)生多個跳變信道子序列和多個固定信道子序列，將多個跳變信道子序列和多個固定信道子序列進(jìn)行隨機(jī)排序組合成一個完整信道跳變序列；其中，源節(jié)點(diǎn)為具有數(shù)據(jù)發(fā)送請求的認(rèn)知節(jié)點(diǎn)；
(2)源節(jié)點(diǎn)接入到自身生成的完整信道跳變序列中的第一個信道；
(3)源節(jié)點(diǎn)偵聽當(dāng)前信道狀態(tài)，若信道忙，則只接收信道消息，若信道空閑，則采用請求時(shí)隙格式廣播發(fā)送勤務(wù)信道建立請求消息并接收信道消息；
(4)源節(jié)點(diǎn)對接收到的信道消息進(jìn)行解調(diào)，如果接收到的信道消息是來自目的節(jié)點(diǎn)的勤務(wù)信道建立響應(yīng)消息，則源節(jié)點(diǎn)在該信道駐守并向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送勤務(wù)信道建立通知消息；否則，源節(jié)點(diǎn)按完整信道跳變序列順序接入到下一個信道，將下一信道作為當(dāng)前信道，跳轉(zhuǎn)到(3)；
目的節(jié)點(diǎn)的勤務(wù)信道建立過程：
(5)每個目的節(jié)點(diǎn)根據(jù)系統(tǒng)規(guī)劃的共享控制信道數(shù)，分別產(chǎn)生多個跳變信道子序列和多個固定信道子序列，將多個跳變信道子序列和多個固定信道子序列進(jìn)行隨機(jī)排序組合成一個完整信道跳變序列；其中，目的節(jié)點(diǎn)為源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送目標(biāo)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)；
(6)目的節(jié)點(diǎn)接入到自身生成的完整信道跳變序列中的第一個信道；
(7)目的節(jié)點(diǎn)在當(dāng)前信道上接收消息并進(jìn)行解調(diào)，若接收到勤務(wù)信道建立請求消息且消息的目的地址為本節(jié)點(diǎn)，則目的節(jié)點(diǎn)在該信道駐守；否則，目的節(jié)點(diǎn)按完整信道跳變序列順序接入到下一個信道接收消息并進(jìn)行解調(diào)，直至接收到勤務(wù)信道建立請求消息且消息的目的地址為本節(jié)點(diǎn)；
(8)目的節(jié)點(diǎn)在駐守的信道上，采用響應(yīng)時(shí)隙格式向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送勤務(wù)信道建立響應(yīng)消息，直至接收到來自源節(jié)點(diǎn)的勤務(wù)信道建立通知消息。
其中所述的步驟(1)具體包括以下步驟：
(101)每個認(rèn)知節(jié)點(diǎn)構(gòu)建長度為N的個跳變信道子序列，N為分布式認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的共享控制信道數(shù)，令j＝1,…,N，則第i個跳變子序列的第j個元素為(Ti+j-1)modN，其中為i的三角數(shù)；
(102)每個認(rèn)知節(jié)點(diǎn)構(gòu)建長度為N的N個固定信道子序列，令k＝1,…,N，則第k個固定信道子序列的所有N個元素均為k；
(103)每個認(rèn)知節(jié)點(diǎn)以子序列為單位，將生成的個跳變信道子序列和N個固定信道子序列進(jìn)行隨機(jī)排序，構(gòu)建長度為的完整信道跳變序列。
其中所述的步驟(3)中的請求時(shí)隙格式設(shè)計(jì)如下：將系統(tǒng)的整個時(shí)隙均勻劃分為10個子時(shí)隙，在第1-3個子時(shí)隙重復(fù)發(fā)送勤務(wù)信道建立請求消息，在第4-5個子時(shí)隙接收當(dāng)前信道消息，在第6個子時(shí)隙發(fā)送勤務(wù)信道建立請求消息，在第7-10個子時(shí)隙接收當(dāng)前信道消息。
其中所述的步驟(8)中的響應(yīng)時(shí)隙格式設(shè)計(jì)如下：將系統(tǒng)的整個時(shí)隙均勻劃分為10個子時(shí)隙，在第1-4個子時(shí)隙接收當(dāng)前信道消息，在第5個子時(shí)隙發(fā)送勤務(wù)信道建立響應(yīng)消息，在第6-7個子時(shí)隙接收當(dāng)前信道消息，在第8-10個子時(shí)隙發(fā)送勤務(wù)信道建立響應(yīng)消息。
其中，步驟(8)之后還包括：
(9)源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)在建立的勤務(wù)信道上，采用基于802.11協(xié)議的RTS/CTS方法完成各自環(huán)境感知信息交互和業(yè)務(wù)信道協(xié)商。
本發(fā)明相比背景技術(shù)具有以下主要優(yōu)點(diǎn)：
1、本發(fā)明構(gòu)造的完整信道跳變序列由多個跳變信道子序列和固定信道子序列隨機(jī)排序組成，能夠保證每個認(rèn)知節(jié)點(diǎn)按照自己生成的序列進(jìn)行跳變實(shí)現(xiàn)多個認(rèn)知節(jié)點(diǎn)之間在多個共享控制信道上的交匯。
2、本發(fā)明將信道交匯時(shí)隙劃分為多個子時(shí)隙，并設(shè)計(jì)了信息發(fā)送與信息接收重復(fù)的交匯時(shí)隙設(shè)計(jì)格式，能夠保證時(shí)間異步的發(fā)送、接收認(rèn)知節(jié)點(diǎn)在信道交匯時(shí)隙完成信息交互。
3、本發(fā)明采用信道跳變機(jī)制和多子時(shí)隙信息收發(fā)重復(fù)的交匯時(shí)隙設(shè)計(jì)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)之間在多個共享候選控制信道間選擇建立勤務(wù)信道，能夠有效支撐認(rèn)知節(jié)點(diǎn)間環(huán)境感知信息交互和業(yè)務(wù)信道協(xié)商。
附圖說明
圖1是本發(fā)明認(rèn)知節(jié)點(diǎn)勤務(wù)信道建立流程。
具體實(shí)施方式
以下對本發(fā)明的原理以及技術(shù)方案做進(jìn)一步的描述。
參照圖1，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)流程包括如下：
源節(jié)點(diǎn)的勤務(wù)信道建立過程：
步驟1每個源節(jié)點(diǎn)根據(jù)系統(tǒng)規(guī)劃的共享控制信道數(shù)，分別產(chǎn)生多個跳變信道子序列和多個固定信道子序列，將多個跳變信道子序列和多個固定信道子序列進(jìn)行隨機(jī)排序組合成一個完整信道跳變序列；具體步驟為：
(1.1)每個源節(jié)點(diǎn)構(gòu)建長度為N的個跳變信道子序列，N為分布式認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的共享控制信道數(shù)，令i＝1,…,j＝1,…,N，則第i個跳變子序列的第j個元素為(Ti+j-1)modN，其中為i的三角數(shù)；
(1.2)每個源節(jié)點(diǎn)構(gòu)建長度為N的N個固定信道子序列，令k＝1,…,N，則第k個固定信道子序列的所有N個元素均為k；
(1.3)每個源節(jié)點(diǎn)以子序列為單位，將生成的個跳變信道子序列和N個固定信道子序列進(jìn)行隨機(jī)排序，構(gòu)建長度為的完整信道跳變序列。
舉例：對于一個具有4個共享控制信道的分布式認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)，即N＝4，設(shè)共享控制信道編號為{0,1,2,3}。每個源節(jié)點(diǎn)需要生成6個跳變信道子序列和4個固定信道子序列。第1個跳變信道子序列對應(yīng)的三角數(shù)為T1＝1，則第1個跳變信道子序列為{1,2,3,0}，依次類推，第2～6個跳變信道子序列分別為：{3,0,1,2}、{2,3,0,1}、{2,3,0,1}、{3,0,1,2}、{1,2,3,0}。4個固定信道子序列分別為{0,0,0,0}、{1,1,1,1}、{2,2,2,2}、{3,3,3,3}。對跳變信道子序列和固定信道子序列進(jìn)行隨機(jī)排序，可以得到如下完整信道跳變序列{1,2,3,0,3,0,1,2,2,3,0,1,2,3,0,1,3,0,1,2,1,2,3,0,0,0,0,0,1,1,1,1,2,2,2,2,3,3,3,3}。
步驟2源節(jié)點(diǎn)接入到自身生成的完整信道跳變序列中的第一個信道；其中，源節(jié)點(diǎn)為具有數(shù)據(jù)發(fā)送請求的認(rèn)知節(jié)點(diǎn)。
步驟3源節(jié)點(diǎn)偵聽當(dāng)前信道狀態(tài)，若信道忙，則只接收信道消息，若信道空閑，則采用請求時(shí)隙格式發(fā)送勤務(wù)信道建立請求消息并接收信道消息；其中請求時(shí)隙格式設(shè)計(jì)如下：將系統(tǒng)的整個時(shí)隙均勻劃分為10個子時(shí)隙，在第1-3個子時(shí)隙重復(fù)發(fā)送勤務(wù)信道建立請求消息，在第4-5個子時(shí)隙接收當(dāng)前信道消息，在第6個子時(shí)隙發(fā)送勤務(wù)信道建立請求消息，在第7-10個子時(shí)隙接收當(dāng)前信道消息。
步驟4源節(jié)點(diǎn)對接收到的信道消息進(jìn)行解調(diào)，如果接收到的信道消息是來自目的節(jié)點(diǎn)的勤務(wù)信道建立響應(yīng)消息，則源節(jié)點(diǎn)在該信道駐守并向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送勤務(wù)信道建立通知消息；否則，源節(jié)點(diǎn)按完整信道跳變序列順序接入到下一個信道，將下一信道作為當(dāng)前信道，跳轉(zhuǎn)到步驟3。
目的節(jié)點(diǎn)的勤務(wù)信道建立過程：
步驟5每個目的節(jié)點(diǎn)根據(jù)系統(tǒng)規(guī)劃的共享控制信道數(shù)，分別產(chǎn)生多個跳變信道子序列和多個固定信道子序列，將多個跳變信道子序列和多個固定信道子序列進(jìn)行隨機(jī)排序組合成一個完整信道跳變序列；具體過程同步驟1的源節(jié)點(diǎn)；
步驟6目的節(jié)點(diǎn)接入到自身生成的完整信道跳變序列中的第一個信道；其中，目的節(jié)點(diǎn)為源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送目標(biāo)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)。
步驟7目的節(jié)點(diǎn)在當(dāng)前信道上接收消息并進(jìn)行解調(diào)，若接收到勤務(wù)信道建立請求消息且消息的目的地址為本節(jié)點(diǎn)，則目的節(jié)點(diǎn)在該信道駐守；否則，目的節(jié)點(diǎn)按完整信道跳變序列順序接入到下一個信道接收消息并進(jìn)行解調(diào)，直至接收到勤務(wù)信道建立請求消息且消息的目的地址為本節(jié)點(diǎn)。
步驟8目的節(jié)點(diǎn)在駐守的信道上，采用響應(yīng)時(shí)隙格式向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送勤務(wù)信道建立響應(yīng)消息，直至接收到來自源節(jié)點(diǎn)的勤務(wù)信道建立通知消息；其中響應(yīng)時(shí)隙格式設(shè)計(jì)如下：將系統(tǒng)的整個時(shí)隙均勻劃分為10個子時(shí)隙，在第1-4個子時(shí)隙接收當(dāng)前信道消息，在第5個子時(shí)隙發(fā)送勤務(wù)信道建立響應(yīng)消息，在第6-7個子時(shí)隙接收當(dāng)前信道消息，在第8-10個子時(shí)隙發(fā)送勤務(wù)信道建立響應(yīng)消息。
步驟9源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)在建立的勤務(wù)信道上，采用基于802.11協(xié)議的RTS/CTS機(jī)制完成各自環(huán)境感知信息交互和業(yè)務(wù)信道協(xié)商，并在協(xié)商好的業(yè)務(wù)信道上完成數(shù)據(jù)傳輸。