一种支持网络编码的认知无线网络跳频通信方法
【专利摘要】本发明属于通信技术领域，尤其涉及用于认知无线网络的基于频率跳变和网络编码的通信交互机制。本发明提供一种支持网络编码的认知无线网络跳频通信方法，该通信方法为每个认知编码节点和所述认知编码节点的相邻认知节点分别设计不同的跳频序列以生成一种能支持网络编码的跳频序列组合，从而确保每个认知编码节点均能够高效地执行网络编码以减少控制信息转发次数，并尽可能地与上下游邻居节点在所有可接入的信道上实现跳频汇聚，在提升控制信息交互效率的同时有效避免与授权通信产生相互干扰。
【专利说明】
-种支持网络编码的认知无线网络跳频通信方法
技术领域
[0001] 本发明属于通信技术领域，尤其设及用于认知无线网络的基于频率跳变和网络编 码的通信交互机制。
【背景技术】
[0002] 在认知无线网络中，相邻认知节点需要交互包括频谱感知结果、时钟同步和通信 频段预约等大量的控制信息，W灵活而准确地从多个授权通信频段中寻找到彼此皆可用的 空闲频谱资源。为此，认知节点需要通过不断切换控制信息交互频段来避免采用单一固定 的专用控制信息交互频段所产生的认知和授权通信相互干扰，灵活而快速地寻找到未被授 权用户占用的通信频段(或信道），因而具备较好的抗授权用户干扰能力。然而，在现有基于 频率跳变的控制信息交互机制中，所有中间节点均是采用存储-转发的方式来转发其所接 收到的控制信息，会导致部分认知节点的转接次数和能量消耗增加，不利于整个认知无线 网络的传输性能提升。
[0003] 与此同时，基于网络编码的控制信息传输机制通过允许负责转发控制信息的中继 节点对其接收到的多路控制信息在进行线性或者非线性的编码处理之后再然后转发给其 下游节点，从而降低编码节点发送控制信息次数和提升整个认知无线网络交互控制信息的 效率和性能。
[0004] 如图1所示，当节点A需要发送控制信息比特bl给节点E而节点B需要发送控制信息 比特b2给节点D时，中间节点C可W将接收到的比特bl和b2执行异或操作W生成一个新的比 特M剣)2,并将该比特一次性地广播给节点D和E。在接收到节点C发送的比特M货b2和节点B 发送的比特b2之后，节点E可W对运两个进行异或操作，从而解码恢复出其所需要接收的比 特bl;而节点D也可W采用类似的操作解码恢复出比特b2。与之相对应的是，在传统基于路 由的控制信息传输机制中，节点C需要分别转发比特bl和b2给节点D和E。因此，与传统基于 存储-转发方式的控制信息跳频交互机制相比，基于网络编码技术的认知无线网络控制信 息跳频交互机制可W进一步降低中间节点对控制信息的转发次数，在有效避免与授权通信 相互干扰的同时提升认知无线网络交互控制信息的性能。然而，在支持网络编码的控制信 息跳频交互机制中，每个编码节点只有在与其所有上游节点均实现了跳频汇聚（即在同一 个时隙内同时跳跃到同一个信道上)之后才能接收到全部编码所需的控制信息，进而完成 相应的编码计算，并最终将编码所生成的控制信息广播给其下游节点。如图1所示，中间节 点C只有在与节点A和B分别实现跳频汇聚W接收到比特bl和b2之后，才能执行异或操作W 生成新比特村任怡，并在接下来与节点D和E的跳频汇聚中将比枯bl留b]广播给后者。因此， 有必要为认知无线网络中的各个认知节点分别设计适当的跳频序列W确保上述支持网络 编码的控制信息跳频交互过程能够获得高效执行，从而尽可能地同时发挥出跳频和网络编 码技术在控制信息交互中的优势。所述适当的的跳频序列设计需要满足=个要求：
[0005] A、单次网络编码时长要求:在所有信道均未被授权通信占用的情况下，编码节点 只需要3次时隙就能对两个来自不同源节点的控制信息执行一次网络编码，即编码节点在 前2个时隙内通过跳频汇聚分别接收来自两个上游节点的控制信息，并在第3个时隙内通过 跳频汇聚将编码生成的新控制信息广播给两个下游接收节点。
[0006] B、干扰消除要求:在上述3次跳频汇聚中，如果编码节点需要与部分邻居节点实现 在信道j上的跳频汇聚，那么编码节点的其它邻居节点均不能出现在信道j上，W确保编码 节点在信道j上的通信不会被其它邻居节点的通信所干扰，有利于提升网络编码的执行效 率，其中，j = l，2,3,. . .，N，N是不为零的自然数。
[0007] C、可汇聚信道个数要求:如果编码节点需要与某一组邻居节点基于跳频汇聚交互 控制信息，那么它们需要在所有可接入的信道上实现跳频汇聚，从而能有效避开被授权通 信所占用的信道。
【发明内容】
[0008] 为了满足认知无线网络中各个认知节点可W确保支持网络编码的控制信息跳频 交互过程能够获得高效执行的=个要求，本发明提供一种支持网络编码的认知无线网络跳 频通信方法。该通信方法为每个认知编码节点和所述认知编码节点的相邻认知节点分别设 计不同的跳频序列W生成一种能支持网络编码的跳频序列组合，从而确保每个认知编码节 点均能够高效地执行网络编码W减少控制信息转发次数，并尽可能地与上下游邻居节点在 所有可接入的信道上实现跳频汇聚，在提升控制信息交互效率的同时有效避免与授权通信 产生相互干扰。
[0009] 本发明的技术方案：
[0010]假设认知无线网络已经根据认知节点交互控制信息的需求为每对控制信息的发 送节点Si和接收节点Ri建立了唯一一条控制信息传输的单向路径Route。认知无线网络已 经根据认知节点交互控制信息的需求为每对控制信息的发送节点&和接收节点扣建立了唯 一一条控制信息传输的单向路径Routes。那么，设置节点k为编码节点W负责对所述Routei 和Routes上传输的控制信息进行网络编码，并将编码生成的控制信息进一步广播给节点k 在Routei和Routej上的下游相邻节点，则所述Routei和Routej为编码节点k的两条生成路 径，其中，i表示节点编号，j表示节点编码，k表示节点编号，i刊辛k。
[0011] 将认知无线网络中所有的节点分为第一类节点和第二类节点，所述第一类节点包 含认知无线网络中所有编码节点W及每个编码节点在其两条生成路径上的上游和下游相 邻节点，所述第二类节点包含认知无线网络中所有非第一类节点。
[0012] 编码节点在所有可选跳频序列中随机选取一个跳频序列作为自身跳频序列，并将 所述自身跳频序列通过专用控制信道向所述编码节点的相邻节点进行广播。
[0013] 认知无线网络中收到编码节点广播的控制信息的节点根据相应算法生成自身的 跳频序列，当编码节点收到全部端节点的确认信息后，基于频率跳跃和网络编码的通信交 互机制的初始化过程结束。
[0014] -种支持网络编码的认知无线网络跳频通信方法，包括如下步骤：
[0015] S1、认知无线网络中的每个源节点在专用控制信道上通过洪泛的方式向全网节点 广播其通信传输需求；
[0016] S2、在收到Sl所述所有源节点的通信传输需求后，认知无线网络中的每个节点检 查自己是否存在编码机会，若存在编码机会，则称该节点为编码节点，则所述编码节点将通 过洪泛的方式向全网节点表明它将为哪些源节点的数据传输提供网络编码；
[0017] S3、认知无线网络中每个非编码节点在收到S2所述编码节点广播的信息之后，需 要进行非编码节点的节点类型判定，判定规则为：
[0018] 认知无线网络中每个编码节点在其两条生成路径上的上游和下游相邻节点为第 一类节点，所有非第一类节点为第二类节点，其中，所述生成路径满足如下规则：
[0019]假设认知无线网络已经根据认知节点交互控制信息的需求为每对控制信息的发 送节点Si和接收节点Ri建立了唯一一条控制信息传输的单向路径Route。认知无线网络已 经根据认知节点交互控制信息的需求为每对控制信息的发送节点&和接收节点扣建立了唯 一一条控制信息传输的单向路径，设置节点k为编码节点W负责对所述Routei和Routes上传 输的控制信息进行网络编码，并将编码生成的控制信息进一步广播给节点k在Routei和 Routej上的下游相邻节点，则所述Routei和Routej为编码节点k的两条生成路径，其中，i表 示节点编号，j表示节点编码，k表示节点编号，i j 所述Routei和Routej同时满足如下
限制条件：
[0020]条件1、存在至少一个认知节点k满巧 ，其中，UN (Routei,k)表示认知节点k在路径Routei上的上游相邻节点，UN(Routej ,k)认知节点k在路 径Routej上的上游相邻节点；
[0021 ]条件2、路径Routei上的源节点Si和路径Routej上的目的节点Rj之间的最小割大于 等于2,路径Routej上的源节点Sj和路径Routei上的目的节点Ri之间的最小割大于等于2;
[0022] S4、编码节点在所有可选跳频序列中随机选取一个跳频序列作为自身跳频序列， 并将所述自身跳频序列通过专用控制信道向所述编码节点的相邻节点进行广播，其中，专 用控制信道为认知无线网络中的指定信道；
[0023] S5、认知无线网络中收到S4所述编码节点广播的控制信息的节点根据相应算法生 成自身的跳频序列，若所述收到S4所述编码节点的广播信息的节点为源节点或目的节点， 则所述源节点或目的节点会根据控制信息中的原地址W单播方式向S4所述编码节点回复 确认信息，若所述收到S4所述编码节点的广播信息的节点不是源节点或目的节点，则该节 点W广播的方式向其相邻节点转发收到的控制信息；
[0024] S6、当S4所述编码节点收到全部端节点的确认信息后，基于频率跳跃和网络编码 的通信交互机制的初始化过程结束，其中，所述端节点包括源节点和目的节点。
[0025] 进一步地，S5根据相应算法生成自身的跳频序列具体规则按照节点类型划分，
[0026] 第一类节点生成自身跳频序列的方法具体为：
[0027] 步骤1、定义编码节点为节点C，定义编码节点的第一条生成路径的上游节点为节 点A，定义编码节点的第一条生成路径的下游节点为节点E，定义编码节点的第二条生成路 径的上游节点为节点B，定义编码节点的第二条生成路径的下游节点为节点D;
[0028] 步骤2、为步骤1所述节点C随机选择一个跳频序列编号NeE [0，m3);
[0029] 步骤3、将步骤1所述节点D的跳频序列编号设置为
[0030]
阳将步骤1所述节点E的跳频序列编号设 置为Ne= (Nc+m2)modulo(m3);
[0031] 步骤4、若ND=(m-l)modulo(m)，则步骤I所述节点A的跳频序列编号设置为Na=Nd-1，若Nd辛（m-l)modulo(m)，则步骤1所述节点A的跳频序列编号设置为Na=Nd+1 ;
[0032] 步骤5、若化=(m-l)modulo(m)，则将步骤1所述节点B的跳频序列编号设置为Nb = Ne-I，若Ne辛（m-1 )modulo(m)，则将步骤1所述的节点B的跳频序列编号设置为Nb = Ne+1 ;
[0033] 步骤6、将节点A、节点B、节点C、节点D和节点E的跳频序列编号分别映射为响应的3 时隙跳频序列€/巧>、C/皆、〇巧>和〔^马31;
[0034] 步骤7、将每个3时隙跳频序^
拓展为
[0035]
[0036] 第二类节点生成自身跳频序列的方法具体为：
[0037] 步骤1、定义编码节点为节点C，定义编码节点的第一条生成路径Routei的上游节 点为节点A，定义编码节点的第一条生成路径Routei的下游节点为节点E，定义编码节点的 第二条生成路径Routej的上游节点为节点B，定义编码节点的第二条生成路径Routej的下游 节点为节点D;
[0038] 步骤2、将所有第二类节点分别划分到节点集合L和节点集合R中，其中，所述节点 集合L包含第一条生成路径Routei上源节点到节点A之间的所有第二类节点，第二条生成路 径Routej上节点D到目的节点之间的所有第二类节点，Routei的源节点到Routej目的节点之 间不经过编码节点路径上的所有第二类节点，W及运些第二类节点的所有相邻第二类节 点，所述节点集合R包含第二条生成路径Routes上源节点到节点B之间的所有第二类节点， 第一条Routei生成路径上节点E到目的节点之间的所有第二类节点，Routej的源节点到 Routei的目的节点之间不经过编码节点路径上的所有第二类节点，W及运些第二类节点的 所有相邻第二类节点，并且确保任何一个第二类节点只能唯一属于集合L或者集合R;
[0039] 步骤3、初始化参数C = (ND)modulo(m)和d= (NE)modulo(m);
[0040] 步骤4、从[(ND-c+2m2)modulo(m3), (ND-c+2m2+m-l )modulo(m3)]内为步骤2所述集 合L中每个节点选择一个跳频序列编号；
[0041 ]步骤 5、如果,'V, --.d 二.= (0)imxiuio( 那么从[化-d+m2-m,化-d+m2-l]范 围内为步骤2所述集合R中每个节点随机选择一个跳频序列编号，否则，从阳E-d-m，NE-d-l] 范围内为步骤2所述集合R中每个节点随机选择一个跳频序列编号；
[0042] A 3娶fi、)!各每个节点n的跳频序列编号映射为相应的3时隙跳频序列
[0043] 步骤7、将每个节点n的3时隙跳频序列CZZf拓展为
[0044]
[0045] 本发明的有益效果是：
[0046] 本发明所设计的基于跳频汇聚和网络编码的认知无线网络控制信息交互机制既 能确保所有相邻的通信节点（包括编码节点和普通节点）均能在所有可接入信道上实现周 期性的跳频汇聚，有效避免对授权用户通信的干扰，又能在缺乏对授权用户频谱占用实时 信息的情况下高效地利用网络编码技术来增加网络传输的平均吞吐量和无线链路的利用 率。
【附图说明】
[0047] 图1是基于网络编码的控制信息交互实例。
[0048] 图2是对认知无线网络中任意两路控制信息进行网络编码的示意图，图中每条虚 线均是对一条控制信息单向传输路径上多个中间节点和链路的省略表示。
[0049] 图3是基于3位3进制表示为图1中的5个认知节点所生成的3时隙跳频序列。
[0050] 图4是当m = 3时，能实现支持网络编码跳频汇聚的9时隙跳频序列示例。
[0051] 图5是基于网络编码的跳频汇聚拓扑图示例。
[0052] 图6是图5中所有认知节点的一种跳频序列示例。
[0053] 图7是节点密度及信道数目一定且没有主用户存在时，使用所提出支持网络编码 的跳频协议与现有不支持网络编码跳频协议对整个网络吞吐量的影响结果对比。
[0054] 图8是节点密度及信道数目一定且有主用户存在时，使用所提出支持网络编码的 跳频协议与现有不支持网络编码跳频协议对整个网络吞吐量的影响结果对比。
【具体实施方式】
[0055] 下面结合实施例和附图，详细说明本发明的技术方案。
[0056] 认知无线网络中的每个源节点在专用控制信道上通过洪泛的方式向全网节点广 播其通信传输需求。
[0057] 在收到所有源节点的通信传输需求之后，每个节点检查自己是否存在编码机会。 如果存在编码机会，那么该节点需要通过洪泛的方式向全网节点表明它将为哪些源节点的 数据传输提供网络编码。
[0058] 在收到编码节点广播的信息之后，每个非编码节点需要确定其属于第一类还是第 二类节点。第一类节点和第二类节点的划分具体为：
[0059] 如图2所示的认知无线网络为例，节点C同时处于Routel和Route2上，它在运两条 路径上具备不同的上游邻居节点，并且节点Sl和R2之间的最小割和节点S2和Rl之间的最小 割均为2,因此节点C即为路径Routei和Routej的编码节点，而节点C及其在Routei和Routej 上的邻居节点A、B、D和E均属于第一类节点，而运些节点W外的其它节点均属于第二类节 点。在如图1所示的5节点网络中，所有节点均属于第一类节点，而该网络不存在第二类节 点。因此该网络是最为简单的支持网络编码的例子。图2所示的网络编码例子可W被看作是 图1所示例子的一般性拓展。图2中的每条虚线均是对一条控制信息单向传输路径上多个中 间节点和链路的省略表示。
[0060] 编码节点在所有可选跳频序列中随机选取一个跳频序列作为自身跳频序列，并将 该跳频序列通过专用控制信道向其邻居节点进行广播。
[0061] 在收到编码节点的控制信息后，每个第一类节点会采用第一类节点生成自身跳频 序列的方法来生成自身的跳频序列，而每个第二类节点会采用第二类节点生成自身跳频序 列的方法生成自身的跳频序列。
[0062] 对于每个接收到编码节点控制信息的节点来说，如果它为源节点，那么它会W广 播的方式向其邻居节点转发自身的跳频序列；否则，它会根据控制信息中的源地址W单播 的方式向编码节点回复确认信息。
[0063] 当编码节点收到全部端节点(源节点和目的节点）的确认信息时，那么基于频率跳 跃和网络编码的通信交互机制的初始化过程即完成。
[0064] 支持基于网络编码跳频汇聚的跳频序列生成算法示例 [00化]当可接入信道总数为m = 3时，N=m3 = 27。
[0066] 首先，随机为编码节点C选取一个跳频序列：{0,1，2}，根据该跳频序列所对应的序 号，W及第一类节点生成自身跳频序列的方法就可W分别得出其余四个第一类节点A、D、E 和B的跳频序列分别为{0,2，1}、{0,2,2}、{1，1，2}和{1，1，1}，其中，第一类节点生成自身跳 频序列的方法具体为：
[0067] 步骤1、定义编码节点为节点C，定义编码节点的第一条生成路径的上游节点为节 点A，定义编码节点的第一条生成路径的下游节点为节点E，定义编码节点的第二条生成路 径的上游节点为节点B，定义编码节点的第二条生成路径的下游节点为节点D;
[0068] 步骤2、为步骤1所述节点C随机选择一个跳频序列编号NeE [0，m3);
[0069] 击驢3 -悠击驢1航冰巧占 D的a麻席巧Il编号设置为
[0070] 和将步骤1所述节点E的跳频序列编号设 置为Ne= (Nc+m2)modulo(m3);
[0071 ] 步骤4、若Nd= (m-l)modulo(m)，贝步骤1所述节点A的跳频序列编号设置为Na=Nd- 1，若Nd辛（m-l)modulo(m)，则步骤1所述节点A的跳频序列编号设置为Na=Nd+1 ;
[0072] 步骤5、若化=(m-l)modulo(m)，则将步骤1所述节点B的跳频序列编号设置为Nb = Ne-I，若Ne辛（m-1 )modulo(m)，则将步骤1所述的节点B的跳频序列编号设置为Nb = Ne+1 ;
[0073] 步骤6、将节点A、节点B、节点C、节点D和节点E的跳频序列编号分别映射为响应的3 时隙跳频序列Cflf、（:邸3|、哺a巧1;
[0074] 步骤7、将每个3时隙跳频序列
拓展为
[0075]
[0076] 由此，可W得到周期为3*m = 3*3 = 9的周期性跳频序列：
[0077] CHC={0,1,2,1,2,0,2,0,1}
[007引 CHS1 = {0,2，1，1，0,2,2，1，0}
[00 巧]CHR2={0,2,2，1，0,0,2，1，1}
[0080] CHRl = U,1,2,2,2,0,0,0,1}
[0081 ] CHS2={1,1,1,2,2,2,0,0,0}
[0082] 根据第一类节点跳频序列和第二类节点生成自身跳频序列的方法可W得到，集合 L中所有节点可选择的跳频序列为{2,2,0}，{2,2，1}和{2,2,2}，而集合3中所有节点可选择 的跳频序列为U，〇,〇}，{1，〇，1}和U，〇,2}，其中，第二类节点生成自身跳频序列的方法具 体为：
[0083] 步骤1、定义编码节点为节点C，定义编码节点的第一条生成路径的上游节点为节 点A，定义编码节点的第一条生成路径的下游节点为节点E，定义编码节点的第二条生成路 径的上游节点为节点B，定义编码节点的第二条生成路径的下游节点为节点D;
[0084] 步骤2、将所有第二类节点分别划分到节点集合L和节点集合R中，其中，所述节点 集合L包含第一条生成路径上源节点到节点A之间的所有第二类节点，第二条生成路径上节 点D到目的节点之间的所有第二类节点，第一条生成路径上的源节点到第二条生成路径上 目的节点之间不经过编码节点路径上的所有第二类节点，W及运些第二类节点的所有相邻 第二类节点，所述节点集合R包含第二条生成路径上源节点到节点B之间的所有第二类节 点，第一条生成路径上节点E到目的节点之间的所有第二类节点，第二条生成路径上的源节 点到第一条生成路径上的目的节点之间不经过编码节点路径上的所有第二类节点，W及运 些第二类节点的所有相邻第二类节点，并且确保任何一个第二类节点只能唯一属于集合L 或者集合R;
[00化]步骤3、初始化参数C = (ND)modulo(m)和d= (NE)modulo(m);
[0086] 步骤4、从[(ND-c+2m2)modulo(m3), (ND-c+2m2+m-l )modulo(m3)]内为步骤2所述集 合L中每个节点选择一个跳频序列编号；
[0087] 步骤5、如果..V,,.-d.==(0')modulo( m])，那么从[化-d+m2-m,化-d+m2-l]范 围内为步骤2所述集合R中每个节点随机选择一个跳频序列编号，否则，从阳E-d-m，NE-d-l] 范围内为步骤2所述集合R中每个节点随机选择一个跳频序列编号；
[008引步骤6、将每个节点n的跳频序列编号映射为相应的3时隙跳频序列
[0089]步骤7、将每个节点n的3时隙跳频序列嚇展为
[0090]
[0091] 由此，可W得到集合L节点和集合R节点的周期为3m = 9的跳频序列集合分别为：
[0092] CHL={{2,2,0,0,0，1，1，1，2}，{2,2，1，0,0,2，1，1，0}，{2,2,2,0,0,0，1，1，1H和
[0093] CHR={{1,0,0,2,1,1,0,2,2},{1,0,1,2,1,2,0,2,0},{!,0,2,2,1,0,0,2,1}}O
[0094] 每个第二类节点会根据其是属于集合L还是集合R分别从相应跳频序列集合中随 机选择一个周期为9时隙的跳频序列。
[00M]不支持基于网络编码跳频汇聚的跳频序列生成算法示例
[0096] 该网络中节点跳频序列生成算法与支持基于网络编码跳频汇聚的跳频序列生成 算法相同，此处不再寶述。是否基于网络编码技术的两种网络模型的区别在于数据传输是 否能够给网络的吞吐量和链路利用率带来较大的提升。
[0097] 仿真对比
[0098] 在仿真中，设置由25个认知用户组成的认知无线网络通信场景。在该通信场景中， 所有认知用户均匀的分布在1000 mX 1000 m的正方形区域当中。同时，由于该区域也处于一 个主用户的通信覆盖范围之内，因此主用户对每个授权信道的占用均会对所有认知节点的 数据传输均造成一定影响。此外，每个认知用户的数据传输信道模型采用自由空间路径衰 减模型，即：S = P-(32.44+201曲+201评），其中，D表示传输距离，单位是km，F表示节点工作 频率，单位是MHz; S表示认知节点接收功率，单位dBm，P表示认知节点发射功率，单位是dBm。 具体参数设置如表1所示。根据数据传输时是否使用网络编码技术将场景分为两类，并分别 针对运两类网络场景的跳频通信性能进行了仿真分析。
[0099] 表1认知网络中通信节点的主要参数设置
[0102]从图7的结果我们可W知道，认知网络使用我们所提出的支持网络编码的跳频通 信机制与使用普通跳频通信机制相比，其整个网络的吞吐量提高将近一倍。
[0103] 从图8W知，当认知网络中存在主用户随机占用通信信道时，其占用信道的行为对 于所提出的支持网络编码的跳频通信机制的影响要小于不支持基于网络编码跳频汇聚的 传统跳频通信机制与图7相比当有主用户存在时，其吞吐量的下降约为(400-380)/400 = 5%。然而，主用户的存在却对使用普通跳频通信机制进行通信的认知网络产生了严重的影 响，其吞吐量下降约为(200-120)/200 = 40%。
[0104] 因此，通过图7和图8的结果我们可W知道，对于使用支持网络编码的跳频通信机 制的认知网络在没有主用户存在时，我们可W获得更高的吞吐量，当有主用户存在时，该通 信机制可W保证整个认知网络有更强的抗干扰性。
【主权项】
1. 一种支持网络编码的认知无线网络跳频通信方法，其特征在于，包括如下步骤： 51、 认知无线网络中的每个源节点在专用控制信道上通过洪泛的方式向全网节点广播 其通信传输需求； 52、 在收到S1所述所有源节点的通信传输需求后，认知无线网络中的每个节点检查自 己是否存在编码机会，若存在编码机会，则称该节点为编码节点，而所述编码节点通过洪泛 的方式向全网节点表明它将为哪些源节点的数据传输提供网络编码； 53、 认知无线网络中每个非编码节点在收到S2所述编码节点广播的信息之后，需要进 行非编码节点的节点类型判定，判定规则为： 认知无线网络中每个编码节点在其两条生成路径上的上游和下游相邻节点为第一类 节点，所有非第一类节点为第二类节点，其中，所述生成路径满足如下规则： 假设认知无线网络已经根据认知节点交互控制信息的需求为每对控制信息的发送节 点Si和接收节点Ri建立了唯一一条控制信息传输的单向路径Route。认知无线网络已经根 据认知节点交互控制信息的需求为每对控制信息的发送节点&和接收节点扣建立了唯一一 条控制信息传输的单向路径，设置节点k为编码节点W负责对所述Routei和Routes上传输的 控制信息进行网络编码，并将编码生成的控制信息进一步广播给节点k在Routei和Routej上 的下游相邻节点，则所述Routei和Routej为编码节点k的两条生成路径，其中，i表示节点编 号，j表示节点编码，k表示节点编号，i辛j辛k，所述Routei和Routej同时满足如下限制条件： 条件1、存在至少一个认知节点k满足'其中，UN(Routei, k)表示认知节点k在路径Routei上的上游相邻节点，UN(Routej ,k)认知节点k在路径Routej 上的上游相邻节点； 条件2、路径Routei上的源节点Si和路径Routes上的目的节点扣之间的最小割大于等于 2,路径Routes上的源节点&和路径Routei上的目的节点Ri之间的最小割大于等于2; 54、 编码节点在所有可选跳频序列中随机选取一个跳频序列作为自身跳频序列，并将 所述自身跳频序列通过专用控制信道向所述编码节点的相邻节点进行广播，其中，专用控 制信道为认知无线网络中的指定信道；； 55、 认知无线网络中收到S4所述编码节点广播的控制信息的节点根据相应算法生成自 身的跳频序列，若所述收到S4所述编码节点的广播信息的节点为源节点或目的节点，则所 述源节点或目的节点会根据控制信息中的原地址W单播方式向S4所述编码节点回复确认 信息，若所述收到S4所述编码节点的广播信息的节点不是源节点或目的节点，则该节点W 广播的方式向其相邻节点转发控制信息； 56、 当S4所述编码节点收到全部端节点的确认信息后，基于频率跳跃和网络编码的通 信交互机制的初始化过程结束，其中，所述端节点包括源节点和目的节点。2. 根据权利要求1所述的一种支持网络编码的认知无线网络跳频通信方法，其特征在 于:S5根据相应算法生成自身的跳频序列具体规则按照节点类型划分， 第一类节点生成自身跳频序列的方法具体为： 步骤1、定义编码节点为节点C，定义编码节点的第一条生成路径的上游节点为节点A， 定义编码节点的第一条生成路径的下游节点为节点E，定义编码节点的第二条生成路径的 上游节点为节点B，定义编码节点的第二条生成路径的下游节点为节点D; 步骤2、为步骤1所述节点C随机选择一个跳频序列编号NeE [〇，m3); 步骤3、将步骤1所述节点D的跳频序列编号设置为 Λ'" = (/V<. + ",)modulo("r，) + L/V,. I";:和将步骤1所述节点E的跳频序列编号设置为 NE=(Nc+m2)modulo(m3); 步骤4、若Nd= (m-l)modulo(m)，则步骤1所述节点A的跳频序列编号设置为Na=Nd-1，若 Nd辛（m-l)modulo(m)，则步骤1所述节点A的跳频序列编号设置为Na=Nd+(1 ; 步骤5、若NE=(m-l)modulo(m)，则将步骤1所述节点B的跳频序列编号设置为Nb =化-1， 若Ne辛（m-1 )modulo(m)，则将步骤1所述的节点B的跳频序列编号设置为Nb = Ne+1 ; 步骤6、将节点A、节点B、节点C、节点D和节点E的跳频序列编号分别映射为相应的3时隙 跳频序列符if、C片if和C仿f;第二类节点生成自身跳频序列的方法具体为： 步骤1、定义编码节点为节点C，定义编码节点的第一条生成路径的上游节点为节点A， 定义编码节点的第一条生成路径的下游节点为节点E，定义编码节点的第二条生成路径的 上游节点为节点B，定义编码节点的第二条生成路径的下游节点为节点D; 步骤2、将所有第二类节点分别划分到节点集合L和节点集合R中，其中，所述节点集合L 包含第一条生成路径上源节点到节点A之间的所有第二类节点，第二条生成路径上节点D到 目的节点之间的所有第二类节点，第一条生成路径上的源节点到第二条生成路径上目的节 点之间不经过编码节点路径上的所有第二类节点，W及运些第二类节点的所有相邻第二类 节点，所述节点集合R包含第二条生成路径上源节点到节点B之间的所有第二类节点，第一 条生成路径上节点E到目的节点之间的所有第二类节点，第二条生成路径上的源节点到第 一条生成路径上的目的节点之间不经过编码节点路径上的所有第二类节点，W及运些第二 类节点的所有相邻第二类节点，并且确保任何一个第二类节点只能唯一属于集合L或者集 合R; 步骤3、初始化参数c= (ND)modulo(m)和d= (NE)modulo(m); 步骤4、从[(ND-c+2m2)modulo(m3), (ND-c+2m2+m-l)modulo(m3)]内为步骤2所述集合L中 每个节点选择一个跳频序列编号； 步骤5、如果 /V,, - d 二（0)modulo( ,.V<. / W: m:)，那么从[NE；-d+m2-m,NE-d+m2-l ]范围内 为步骤2所述集合R中每个节点随机选择一个跳频序列编号，否则，从[NE-d-m，化-(1-。范围 内为步骤2所述集合R中每个节点随机选择一个跳频序列编号； 步骤6、将每个节点η的跳频序列编号映射为相应的3时隙跳频序列步骤7、将每个节点η的3时隙跳频序列Ciif拓展为
【文档编号】H04B1/713GK105846952SQ201610146138
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月15日
【发明人】谭雪松, 王立书
【申请人】电子科技大学