CN115348672B - 一种通信方法、装置及电子设备和存储介质 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种通信方法、装置及一种电子设备和计算机可读存储介质，该方法包括：基于目的节点的历史感知信息确定第一目标频点，并以第一目标频点向目的节点发送RTS帧，以便目的节点基于RTS帧获取源节点的第一感知信息，并基于第一感知信息确定源节点的第一最佳接收频点；接收目的节点以第一最佳接收频点发送的CTS帧，基于CTS帧获取目的节点的第二感知信息，并基于第二感知信息确定目的节点的第二最佳接收频点；以第二最佳接收频点向目的节点发送数据帧，并接收目的节点以第一最佳接收频点发送的ACK帧。本申请源节点、目的节点在相互工作频点确定但未知的条件下实现了高效、可靠建立连接。

Description

一种通信方法、装置及电子设备和存储介质
技术领域
本申请涉及通信技术领域，更具体地说，涉及一种通信方法、装置及一种电子设备和一种计算机可读存储介质。
背景技术
随着无线通信技术的发展和无线电设备普及，当前面临的电磁环境越来越复杂，提升复杂电磁环境下无线通信的可靠性成为最为突出的矛盾和亟待解决的问题。跳频和扩频是提升无线通信系统在复杂电磁环境下可靠性的有效手段。但是，跳频方法仅实现了统计意义上的提升，难以满足基于多过程交互组网的应用需求，扩频方法的频谱利用效率很低，难以适应当前紧张的用频需求。
无线自主选频系统是高效解决复杂环境下无线通信系统可靠传输组网的有效手段。它的核心思想是通信节点根据实时感知的电磁干扰环境，网络中的节点可以自主地根据跳频网络的跳频图案或者认知无线网络的选频决策选择任意频点进行通信，实现节点之间的可靠通信。以往人们在自主选频系统的研究主要集中在如何选频以及进行点对点之间的选频通信，而随着自主选频系统在多跳无线网络中应用的加深，支持和保障组网传输功能成为自主选频系统在网络应用中的重要问题。而要保障自主选频系统在多跳无线通信环境下的组网传输，必须要对请求接入自主选频网络中的节点进行动态接入控制。它的基本思想是基于无线多跳环境中两跳范围内的频点冲突模型，两跳范围内频点相同时发送数据会造成信号冲突，在保障收发节点之间以相同频点接入网络的前提下，动态地控制节点最大化地利用网络资源进行通信。
根据所采用的架构不同，目前的自主选频系统动态接入控制方法分为两类：集中式接入控制方法与分布式接入控制方法。集中式接入控制方法是指网络中所有次级节点都由中心节点进行统一控制。这种方法要求主节点与次级节点之间进行严格的时间同步，需要次级节点将所有请求信息回传到中心节点，中心节点再将控制信息下发到各个节点，因此会带来大量的控制开销，而且由于中心节点的重要程度存在不对等性，因此降低了网络组建的灵活性与抗毁性。基于分布式接入控制方法的基本思想是不需要统一的主节点进行统一控制，由各个节点之间自主选择接入的频点、自主协商信道占用情况，因此具有灵活性更适合于无线网络环境中。分布式自主选频系统在实际的无线多跳网络环境中面临以下挑战：目的节点不能及时、准确地将当前自己面临的干扰信息反馈给源节点，导致目的节点不知道源节点决策的工作频点，或者目的节点不能在源节点决策的工作频点正常接收等。广播模式下，源节点与多个目的节点进行通信，源节点是基于多个目的节点的反馈信息协同作出的决策，因此，该决策结果（工作频点）对于每一个目的节点来讲都是未知的。
因此，源节点、目的节点在相互工作频点确定但未知的条件下如何高效、可靠建立连接是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种通信方法、装置及一种电子设备和一种计算机可读存储介质，源节点、目的节点在相互工作频点确定但未知的条件下实现了高效、可靠建立连接。
为实现上述目的，本申请提供了一种通信方法，应用于源节点，所述方法包括：
基于目的节点的历史感知信息确定第一目标频点，并以第一目标频点向所述目的节点发送RTS帧，以便所述目的节点基于所述RTS帧获取所述源节点的第一感知信息，并基于所述第一感知信息确定所述源节点的第一最佳接收频点；
接收所述目的节点以所述第一最佳接收频点发送的CTS帧，基于所述CTS帧获取所述目的节点的第二感知信息，并基于所述第二感知信息确定所述目的节点的第二最佳接收频点；
以所述第二最佳接收频点向所述目的节点发送数据帧，并接收所述目的节点以所述第一最佳接收频点发送的ACK帧。
其中，所述基于目的节点的历史感知信息确定第一目标频点，包括：
判断是否存在目的节点的历史感知信息；
若是，则基于所述目的节点的历史感知信息确定第一目标频点；
若否，则基于单跳网络内邻居节点的感知信息确定第一目标频点。
其中，所述基于所述第二感知信息确定所述目的节点的第二最佳接收频点，包括：
基于所述第二感知信息确定各频点对应的信道的信道质量；
将所述信道质量最高且大于预设值的信道对应的频点确定为所述目的节点的第二最佳接收频点。
其中，所述基于所述第二感知信息确定所述目的节点的第二最佳接收频点，包括：
基于所述第二感知信息和单跳网络内邻居节点的感知信息确定所述目的节点的第二最佳接收频点。
其中，所述接收所述目的节点以所述第一最佳接收频点发送的CTS帧，包括：
采用跳频的方式接收所述目的节点发送的选频头；
采用选频头同步的方式确定所述第一最佳接收频点；
将接收频率切换至所述第一最佳接收频点，以便接收所述目的节点以所述第一最佳接收频点发送的CTS帧。
其中，所述选频头包括2×N跳的所述第一最佳接收频点的帧结构，N为所有候选频点的数量，单跳帧结构包括wash序列，所述采用跳频的方式接收所述目的节点发送的选频头，包括：
以预设方式在所有所述候选频点中切换接收频率，接收所述目的节点发送的选频头；其中，所述接收频率在每个所述候选频点停留目标时间，所述目标时间为所述选频头中单跳时间的两倍；
相应的，所述采用选频头同步的方式确定所述第一最佳接收频点，包括：
计算接收到的所述候选频点对应的单跳帧结构中的wash序列与本地存储的wash序列之间的相关性；
将所述相关性大于预设值对应的候选频点确定为所述第一最佳接收频点。
其中，所述基于目的节点的历史感知信息确定第一目标频点之前，还包括：
当感知到存在需要发送至所述目的节点的数据时，通过物理载波监听和虚拟载波监听判断信道是否空闲；
若是，则通过随机退避进行信道竞争，竞争到信道后，执行所述基于目的节点的历史感知信息确定第一目标频点的步骤。
为实现上述目的，本申请提供了一种通信装置，应用于源节点，所述装置包括：
第一发送模块，用于基于目的节点的历史感知信息确定第一目标频点，并以第一目标频点向所述目的节点发送RTS帧，以便所述目的节点基于所述RTS帧获取所述源节点的第一感知信息，并基于所述第一感知信息确定所述源节点的第一最佳接收频点；
第一接收模块，用于接收所述目的节点以所述第一最佳接收频点发送的CTS帧；
确定模块，用于基于所述CTS帧获取所述目的节点的第二感知信息，并基于所述第二感知信息确定所述目的节点的第二最佳接收频点；
第二发送模块，用于以所述第二最佳接收频点向所述目的节点发送数据帧；
第二接收模块，用于接收所述目的节点以所述第一最佳接收频点发送的ACK帧。
为实现上述目的，本申请提供了一种电子设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述通信方法的步骤。
为实现上述目的，本申请提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述通信方法的步骤。
通过以上方案可知，本申请提供的一种通信方法，包括：基于目的节点的历史感知信息确定第一目标频点，并以第一目标频点向所述目的节点发送RTS帧，以便所述目的节点基于所述RTS帧获取所述源节点的第一感知信息，并基于所述第一感知信息确定所述源节点的第一最佳接收频点；接收所述目的节点以所述第一最佳接收频点发送的CTS帧，基于所述CTS帧获取所述目的节点的第二感知信息，并基于所述第二感知信息确定所述目的节点的第二最佳接收频点；以所述第二最佳接收频点向所述目的节点发送数据帧，并接收所述目的节点以所述第一最佳接收频点发送的ACK帧。
本申请提供的通信方法，源节点根据目的节点的感知信息确定目的节点的最佳接收频点，也即第二接收频点。目的节点根据源节点的感知信息确定源节点的最佳接收频点，也即第一接收频点。感知信息包含感知到的各频点对应的信道的信道质量，根据感知信息可以确定最佳工作频点。在后续通信中，源节点均以第二最佳接收频点向目的节点发送帧，目的节点均以第一最佳接收频点发送帧。由此可见，本申请提供的通信方法，实现了源节点、目的节点在相互工作频点确定但未知的条件下高效、可靠建立连接，控制网络资源在兼顾公平性的条件下提升资源利用效率。本申请还公开了一种通信装置及一种电子设备和一种计算机可读存储介质，同样能实现上述技术效果。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1为根据一示例性实施例示出的一种分布式选频通信系统的拓扑图；
图2为根据一示例性实施例示出的一种通信方法的流程图；
图3为根据一示例性实施例示出的一种选频头的结构示意图；
图4为根据一示例性实施例示出的一种选配同步过程的示意图；
图5为根据一示例性实施例示出的一种分布式选频通信系统的结构图；
图6为根据一示例性实施例示出的一种帧发送接收、以及选频组网流程图；
图7为根据一示例性实施例示出的一种RTS帧的帧结构示意图；
图8为根据一示例性实施例示出的一种CTS帧的帧结构示意图；
图9为根据一示例性实施例示出的一种DATA帧的帧结构示意图；
图10为根据一示例性实施例示出的一种ACK帧的帧结构示意图；
图11为根据一示例性实施例示出的一种收发端的频点切换过程的示意图；
图12为根据一示例性实施例示出的一种频点控制的过程的示意图；
图13为根据一示例性实施例示出的一种媒介接入控制层方案示意图；
图14为根据一示例性实施例示出的一种通信装置的结构图；
图15为根据一示例性实施例示出的一种电子设备的结构图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。另外，在本申请实施例中，“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
分布式选频通信系统是一种应用于分布式自组织网络的选频通信系统，其典型应用拓扑如图1所示，图1中G为干扰源，S0和D0为一对通信节点对，S1和D1为一对通信节点对，1、2、3、4、5、6、7为其他节点，虚线部分为干扰范围。图1中每个干扰源的干扰样式、干扰频点等参数可能不同，因此，不同节点受到的干扰样式、频点也可能存在差异。分布式选频通信系统的核心思想是每个节点实时感知周围干扰情况，通信节点对根据接收端感知的干扰情形，通过分布式决策出通信节点对之间的最佳通信频点，避开干扰所在的频段实现通信节点对之间的稳定可靠通信。图1中所示为某一时刻S0与D0组成的通信节点对以及S1与D1组成的通信节点对之间进行通信时整个网络的选频情况。可以看出，由于组网通信过程中每个节点既是发送端，也是接收端，而选频决策的依据是接收端的干扰情况，每个节点根据一定准则选择自己作为接收端时受干扰最少的频点作为最佳工作频点。根据上述分析，相应的实现分布式选频最大的挑战是收发端之间工作频点相互未知的情况下如何以小的链路开销、低时延实现收发端之间的频率对准，进而完成正常通信。
分布式选频组网协议基于CSMA（载波监听多路访问，Carrier Sense MultipleAccess）协议进行设计，其组网时主要特点为网络总体通信机制为时间上按照CSMA协议进行收发控制，在频率上按照自主选频抗干扰的方式进行选频通信。所有节点工作频率集合为{f0，f1，f2，……，fm}，发射端与接收端基于盲汇聚的方式进行选频同步。发射端基于接收端反馈的感知信息选择发射频点。接收端基于接收帧的选频同步头解析当前数据的频点，并在此频点进行接收。发射端广播时综合一跳邻居节点的感知信息选择发射频点进行发射。发射端发射时，一跳范围内的邻居节点处于任意频点等待接收的节点都能侦听到该帧。
本申请实施例公开了一种通信方法，源节点、目的节点在相互工作频点确定但未知的条件下实现了高效、可靠建立连接。
参见图2，根据一示例性实施例示出的一种通信方法的流程图，如图2所示，包括：
S101：基于目的节点的历史感知信息确定第一目标频点，并以第一目标频点向所述目的节点发送RTS帧，以便所述目的节点基于所述RTS帧获取所述源节点的第一感知信息，并基于所述第一感知信息确定所述源节点的第一最佳接收频点；
本实施例的执行主体为源节点，当源节点感知到存在需要发送至目的节点的数据时，通过物理载波监听和虚拟载波监听判断信道是否空闲；若是，则通过随机退避进行信道竞争，竞争到信道后，执行所述基于目的节点的历史感知信息确定第一目标频点的步骤。
物理载波侦听发生在NAV（Network Allocation Vector，网络分配矢量）值为0且有数据发送的时候，通过侦听信道中是否有其它节点正在进行发送用来判断信道的忙闲状态，其侦听过程为：发送数据帧前，先检测信道，即通过N个频点之间的切换，在检测到选频头时，即认为信道中有节点正在发送；若空闲时间大于一个DIFS（Distributed Inter-frame Spacing，分布式帧间间隙）时间，则本次物理载波侦听结束；若检测道信道忙则清零DIFS计时时间，重新等待信道空闲再开始计数。
在具体实施中，侦听选频头是否正在发送，或者已经发送正在发送数据信号，由于网络中节点的接收频率可以处于任意频点，因此在最差的情况下有可能选频同步成功的时刻处于选频同步头的最后位置，因此物理载波侦听的SIFS（短帧间间隔，Short interframespace）需设置为：DIFS=选频同步头的总体时间，即侦听到信道空闲后，至少间隔DIFS再探测信道空闲才能对信道忙闲进行判断。
任何一个要发送数据帧的节点在媒介空闲达到DIFS或者在未正确接收到帧的情况下达到EIFS（Extended Inter-frame Spacing）后，必须再经历一个退避进程。退避进程所要持续时间的大小由随机退避算法决定。其计算方法如下：
BackoffTime=Random()×aSlotTime；
其中，BackoffTime为退避时间，Random()表示为均匀分布在[0，CW]范围内的伪随机整数，而CW（竞争窗口，Contention window）为物理层特征值CWmin（最小竞争窗口）和CWmax（最大竞争窗口）之间的数，根据QoS（Quality of Service，服务质量）等级的不一致可以指定竞争窗口的大小来加大或者减小接入概率。aSlotTime为时隙时间，其大小取决于物理层。例如，第i次退避就在2i个时隙中随机地选出一个值作为节点需要退避的值。
节点进入退避进程后，首先将随机退避算法得出的值写入退避定时器，然后利用载波侦听机制判断每个退避时隙内媒介是否空闲，如果在某一退避时隙内媒介一直为空闲，则退避进程将退避定时器减去一个时隙时间（aSlotTime）。如果在退避时隙期间，媒介状态变为忙，退避进程将挂起，退避定时器对该时隙不计数。当媒介空闲的时间再次达到DIFS或者EIFS后，重新开始退避进程。只有当退避定时器为0时，才可以开始发送RTS帧。
虚拟载波侦听机制是建立在NAV的基础上，NAV是表示信道空闲剩余时间的值，每个节点的NAV都是从信道传输的MAC（媒体介入控制层，Media Access Control）帧中取出时间值来保持最新值。MAC层的信道忙闲状态最终由物理载波侦听和虚拟载波侦听共同得出，当两者都显示为空闲时才表示信道空闲，否则MAC层认为信道处于忙的状态，即使物理载波侦听显示媒介空闲，而NAV还未变为0，都依旧认为信道忙。当CSMA/CA（Carrier SenseMultiple Access with Collision Avoidance，载波侦听多路访问/冲突避免）的载波侦听检测到信道是空闲的，节点才会发送数据，否则继续等待。
虚拟载波侦听的整个流程为：在起始发送时刻NAV为0时，节点会侦听一个DIFS时间，若信道空闲则进入随机退避进程，判断信道是否空闲，再进行RTS帧发送；目的节点收到RTS帧则回复一个CTS帧，其它节点接收到RTS帧则更新NAV的值；源节点超时未收到CTS帧则重新进行物理载波侦听，收到CTS帧则发送DATA帧；其它节点接收到CTS帧则更新NAV的值；目的节点接收到DATA帧回复一个ACK帧，其它节点接收到DATA帧则更新NAV的值；源节点超时未收到CTS帧则重新进行物理载波侦听，进入重传流程；其它节点接收到ACK帧则更新NAV的值。
源节点竞争到信道后，获取目的节点的历史感知信息，历史感知信息包含目的节点历史感知到的各频点对应的信道的信道质量，根据目的节点的历史感知信息确定最佳工作频点，也即第一目标频点。在具体实施中，可以将各频点对应的信道的信道质量归一化为[0,1]的值，经过大量实验测出信道通信良好的信道质量阀值T，将信道质量大于T且信道质量最高的信道对应的工作频点确定为第一目标频点。
作为一种可行的实施方式，所述基于目的节点的历史感知信息确定第一目标频点，包括：判断是否存在目的节点的历史感知信息；若是，则基于所述目的节点的历史感知信息确定第一目标频点；若否，则基于单跳网络内邻居节点的感知信息确定第一目标频点。在具体实施中，若源节点中不存在目的节点的历史感知信息，则结合单跳网络内邻居节点的感知信息确定最佳工作频点，也即第一目标频点。
进一步的，以第一目标频点向目的节点发送RTS帧，目的节点基于RTS帧获取源节点的第一感知信息，该第一感知信息中包含源节点感知到的各频点对应的信道的信道质量，目的节点可以根据第一感知信息确定源节点的第一最佳接收频点。目的节点根据感知信息确定最佳频点的方式与上述介绍的源节点根据感知信息确定最佳频点的方式类似，在此不再赘述。目的节点以第一最佳接收频点回复RTS帧，也即以第一最佳接收频点向源节点发送CTS帧。
S102：接收所述目的节点以所述第一最佳接收频点发送的CTS帧，基于所述CTS帧获取所述目的节点的第二感知信息，并基于所述第二感知信息确定所述目的节点的第二最佳接收频点；
在本步骤中，源节点接收目的节点以第一最佳接收频点发送的CTS帧，源节点基于CTS帧重新获取目的节点当前的第二感知信息，该第二感知信息包含目的节点当前感知到的各频点对应的信道的信道质量，源节点可以根据第二感知信息确定目的节点的第二最佳接收频点。
作为一种可行的实施方式，所述基于所述第二感知信息确定所述目的节点的第二最佳接收频点，包括：基于所述第二感知信息确定各频点对应的信道的信道质量，将所述信道质量最高且大于预设值的信道对应的频点确定为所述目的节点的第二最佳接收频点。
作为一种优选实施方式，所述基于所述第二感知信息确定所述目的节点的第二最佳接收频点，包括：基于所述第二感知信息和单跳网络内邻居节点的感知信息确定所述目的节点的第二最佳接收频点。在具体实施中，源节点可以结合目的节点的第二感知信息和单跳网络内邻居节点的感知信息，确定目的节点的第二最佳接收频点。
本实施例通过采用选频同步头的方式在未知接收端频点时进行收发频点同步的盲汇聚过程。作为一种优选实施方式，所述接收所述目的节点以所述第一最佳接收频点发送的CTS帧，包括：采用跳频的方式接收所述目的节点发送的选频头；采用选频头同步的方式确定所述第一最佳接收频点；将接收频率切换至所述第一最佳接收频点，以便接收所述目的节点以所述第一最佳接收频点发送的CTS帧。
需要说明的是，选频头出现在所有发送帧之前，无论是源节点发送至目的节点的发送帧，还是目的节点发送至源节点的发送帧，包括但不限于上述的RTS帧、CTS帧，以及后续的数据帧（DATA帧）、ACK帧。
选频头包括2×N跳的所述第一最佳接收频点的帧结构，N为所有候选频点的数量，单跳帧结构包括wash序列。选频头如图3所示，选配同步过程如图4所示，在发送端每个选频头由持续时间为2×N（N为选频频段数）跳的帧结构构成，选频同步头采用决策的频点FTi重复2×N次进行发送，选频头中每一跳由wash序列加前后频点切换时间构成。
所述采用跳频的方式接收所述目的节点发送的选频头，包括：以预设方式在所有所述候选频点中切换接收频率，接收所述目的节点发送的选频头；其中，所述接收频率在每个所述候选频点停留目标时间，所述目标时间为所述选频头中单跳时间的两倍。在具体实施中，接收端以固定方式在频点F1到FN之间切换，每个频点停留2倍发射端单跳的时间，因此可以保证接收端在切换到发射端对应的频点时一定能够接收到发射端的一跳数据。
所述采用选频头同步的方式确定所述第一最佳接收频点，包括：计算接收到的所述候选频点对应的单跳帧结构中的wash序列与本地存储的wash序列之间的相关性；将所述相关性大于预设值对应的候选频点确定为所述第一最佳接收频点。在具体实施中，接收端在对应频点接收到wash序列且互相关相关性大于预设值后，则认定选频同步成功，并将接收频率切换到对应的接收频点进行数据帧同步；接收端在选频同步成功后若超时未进行帧同步则复位到选频同步轮询切换频点接收的状态。
S103：以所述第二最佳接收频点向所述目的节点发送数据帧，并接收所述目的节点以所述第一最佳接收频点发送的ACK帧。
在本步骤中，源节点以第二最佳接收频点向目的节点发送数据帧，目的节点以第一最佳接收频点发送ACK帧。在后续通信中，源节点均以第二最佳接收频点向目的节点发送帧，目的节点均以第一最佳接收频点发送帧。
本申请实施例提供的通信方法，源节点根据目的节点的感知信息确定目的节点的最佳接收频点，也即第二接收频点。目的节点根据源节点的感知信息确定源节点的最佳接收频点，也即第一接收频点。感知信息包含感知到的各频点对应的信道的信道质量，根据感知信息可以确定最佳工作频点。在后续通信中，源节点均以第二最佳接收频点向目的节点发送帧，目的节点均以第一最佳接收频点发送帧。由此可见，本申请实施例提供的通信方法，实现了源节点、目的节点在相互工作频点确定但未知的条件下高效、可靠建立连接，控制网络资源在兼顾公平性的条件下提升资源利用效率。
下面介绍本申请提供的一种应用实施例，分布式选频通信系统，与传统的无线自组织网络波形相比，其组网通信协议需要在节点正常接入网络之前提供选频感知与分布式选频同步的基础功能，且能通过选频决策功能规避被干扰的频段、选择信道质量最佳的频段进行自组网通信，从而达到抗干扰选频组网的目的。整个分布式选频通信系统的结构图如图5所示，包括FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列）端、RTOS（实时操作系统，Real Time Operating System）端、LINUX端三方面构成，其中FPGA主要是进行感知、频点切换、编译码以及调制解调功能，RTOS端主要进行媒介接入控制、分帧组帧的功能，LINUX端主要接收感知数据进行选频决策、并提供应用接口。
选频决策模块负责根据单个节点或者全网感知的信道信息，决策选择出适合网络中通信的最佳频段。接入控制模块负责采用分布式接入控制协议CSMA进行接入控制。分帧组帧模块负责按照既定的帧格式进行组帧发送，或者在接收到帧进行有用信息提取。感知模块负责通过接收各个频段的信号，并计算各个频段的信号能量大小。选频同步模块负责在节点接入网络的时候与网络中的节点进行选频频点同步，以及在感知决策发生变化时与网络中的节点协商选频频点同步。物理层整个分布式选频通信系统调制解调、编码译码功能。
分布式选频组网协议基于CSMA协议进行设计，其帧发送接收、以及选频组网流程如图6所示，可以包括以下步骤：
步骤1：源节点在感知信道之后，如果有数据需要发送则进行载波侦听、信道竞争；
步骤2：源节点在竞争到信道后以目的节点的最佳频点Fd1发送RTS帧，如果源节点没有目的节点的历史感知信息，则综合单跳网络内邻居节点的感知信息，决策最佳频点作为Fd1；
步骤3：源节点在超时等待CTS帧后，如果通过载波侦听、信道竞争，则采用决策次佳频点Fd2作为发送频点进行发送；
步骤4：目的节点通过跳频的方式捕获源节点的选频头，获取源节点的发送频点进行接收，并通过解析数据获取源节点的感知信息，综合单跳网络内邻居节点的感知信息，决策最佳频点作为Fs；
步骤5：目的节点以Fs发送CTS帧，源节点通过跳频的方式捕获目的节点的选频头，获取目的节点的发送频点进行接收，并通过解析数据获取目的节点的感知信息，综合单跳网络内邻居节点的感知信息，决策最佳频点作为Fd；
步骤6：源节点以Fd发送DATA帧、目的节点以Fs发送ACK帧；
步骤7：其它节点在接收到RTS、CTS、DATA、ACK帧时更新虚拟载波侦听的NAV值；
步骤8：所有节点在捕获到选频头之前均采用跳频的方式进行捕获接收、在捕获成功后采用捕获的频点进行接收，接收完后继续进行捕获接收，或者启动发送。
其中，RTS帧的帧结构如图7所示，CTS帧的帧结构如图8所示，DATA帧的帧结构如图9所示，ACK帧的帧结构如图10所示。
本实施例通过采用选频同步头的方式在未知接收端频点时进行收发频点同步的盲汇聚。发射端的在发射帧的物理层头之前加上一段采用决策的频点FTi重复2N次的序列，接收端在接收过程中，随着频点的切换进行选频同步计算，也即将接收到的wash序列与本地wash序列进行相关运算，若相关运算峰值大于某一峰值则说明同步成功，拉起选频同步的信号，并记录此时选频切换的状态x，即x为选频同步的频点，之后在频点x处进行正常的帧接收。
收发端的频点切换过程如图11所示，①为发起起始信号，②为切换发送信号，③为收发状态指示，④为ARM（Advanced RISC Machines）配置的频点，⑤为切换的频点，⑥为接收所处的状态选频同步解析的频点，⑦为收发状态指示，⑧为接收数据，⑨为选频同步信号帧同步信号。频点控制的过程如图12所示，当收发状态为发送时，设置为ARM配置的频点，当收发状态为接收时，根据不同的状态设置不同的频点，例如，状态1为频点1接收，设置频点F1，状态2为频点2接收，设置频点F2，状态N为频点N接收，设置频点FN，选频频点同步后，设置为选频同步的频点。
CSMA协议是以信道相关调度为目的、基于随机接入控制和重传控制的发送、接收过程。媒介接入控制层方案如图13所示，其主要模块包括：
物理载波侦听：通过侦听信号强度等方式探听信道的忙闲状态；
虚拟载波侦听：通过发送RTS、CTS帧等方式探听信道的忙闲状态；
随机退避：根据竞争的次数以及竞争窗口大小，在竞争信道之前需经过一段随机退避的时间再次进行信道竞争；
信道预约：通过RTS、CTS帧的方式预约本次发送占用信道的时长，基于最大发送效率与公平性考虑；
重传控制：基于DATA-ACK机制进行重传控制；
ACK捎带：需发送ACK时考虑将本节点数据帧（数据帧目的地址需与ACK目的地址一致）捎带ACK进行发送；
帧发送：综合各模块参数进行发送控制；
帧接收：接收帧，并收集各模块需求的参数。
下面对本申请实施例提供的一种通信装置进行介绍，下文描述的一种通信装置与上文描述的一种通信方法可以相互参照。
参见图14，根据一示例性实施例示出的一种通信装置的结构图，如图14所示，包括：
第一发送模块100，用于基于目的节点的历史感知信息确定第一目标频点，并以第一目标频点向所述目的节点发送RTS帧，以便所述目的节点基于所述RTS帧获取所述源节点的第一感知信息，并基于所述第一感知信息确定所述源节点的第一最佳接收频点；
第一接收模块200，用于接收所述目的节点以所述第一最佳接收频点发送的CTS帧；
确定模块300，用于基于所述CTS帧获取所述目的节点的第二感知信息，并基于所述第二感知信息确定所述目的节点的第二最佳接收频点；
第二发送模块400，用于以所述第二最佳接收频点向所述目的节点发送数据帧；
第二接收模块500，用于接收所述目的节点以所述第一最佳接收频点发送的ACK帧。
本申请实施例提供的通信装置，源节点根据目的节点的感知信息确定目的节点的最佳接收频点，也即第二接收频点。目的节点根据源节点的感知信息确定源节点的最佳接收频点，也即第一接收频点。感知信息包含感知到的各频点对应的信道的信道质量，根据感知信息可以确定最佳工作频点。在后续通信中，源节点均以第二最佳接收频点向目的节点发送帧，目的节点均以第一最佳接收频点发送帧。由此可见，本申请实施例提供的通信装置，实现了源节点、目的节点在相互工作频点确定但未知的条件下高效、可靠建立连接，控制网络资源在兼顾公平性的条件下提升资源利用效率。
在上述实施例的基础上，作为一种优选实施方式，所述第一发送模块100包括：
第一确定单元，用于判断是否存在目的节点的历史感知信息；若是，则基于所述目的节点的历史感知信息确定第一目标频点；若否，则基于单跳网络内邻居节点的感知信息确定第一目标频点；
发送单元，用于以第一目标频点向所述目的节点发送RTS帧，以便所述目的节点基于所述RTS帧获取所述源节点的第一感知信息，并基于所述第一感知信息确定所述源节点的第一最佳接收频点。
在上述实施例的基础上，作为一种优选实施方式，所述确定模块300具体用于：基于所述CTS帧获取所述目的节点的第二感知信息，基于所述第二感知信息确定各频点对应的信道的信道质量，将所述信道质量最高且大于预设值的信道对应的频点确定为所述目的节点的第二最佳接收频点。
在上述实施例的基础上，作为一种优选实施方式，所述确定模块300具体用于：基于所述CTS帧获取所述目的节点的第二感知信息，基于所述第二感知信息和单跳网络内邻居节点的感知信息确定所述目的节点的第二最佳接收频点。
在上述实施例的基础上，作为一种优选实施方式，所述第一接收模块200包括：
接收单元，用于采用跳频的方式接收所述目的节点发送的选频头；
第二确定单元，用于采用选频头同步的方式确定所述第一最佳接收频点；
切换单元，用于将接收频率切换至所述第一最佳接收频点，以便接收所述目的节点以所述第一最佳接收频点发送的CTS帧。
在上述实施例的基础上，作为一种优选实施方式，所述选频头包括2×N跳的所述第一最佳接收频点的帧结构，N为所有候选频点的数量，单跳帧结构包括wash序列，所述接收单元具体用于：以预设方式在所有所述候选频点中切换接收频率，接收所述目的节点发送的选频头；其中，所述接收频率在每个所述候选频点停留目标时间，所述目标时间为所述选频头中单跳时间的两倍；
相应的，所述第二确定单元具体用于：计算接收到的所述候选频点对应的单跳帧结构中的wash序列与本地存储的wash序列之间的相关性；将所述相关性大于预设值对应的候选频点确定为所述第一最佳接收频点。
在上述实施例的基础上，作为一种优选实施方式，还包括：
监听模块，用于当感知到存在需要发送至所述目的节点的数据时，通过物理载波监听和虚拟载波监听判断信道是否空闲；若是，则通过随机退避进行信道竞争，竞争到信道后，启动所述第一发送模块100的工作流程。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
基于上述程序模块的硬件实现，且为了实现本申请实施例的方法，本申请实施例还提供了一种电子设备，图15为根据一示例性实施例示出的一种电子设备的结构图，如图15所示，电子设备包括：
通信接口1，能够与其它设备比如网络设备等进行信息交互；
处理器2，与通信接口1连接，以实现与其它设备进行信息交互，用于运行计算机程序时，执行上述一个或多个技术方案提供的通信方法。而所述计算机程序存储在存储器3上。
当然，实际应用时，电子设备中的各个组件通过总线系统4耦合在一起。可理解，总线系统4用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统4除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图15中将各种总线都标为总线系统4。
本申请实施例中的存储器3用于存储各种类型的数据以支持电子设备的操作。这些数据的示例包括：用于在电子设备上操作的任何计算机程序。
可以理解，存储器3可以是易失性存储器或非易失性存储器，也可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器（ROM，Read Only Memory）、可编程只读存储器（PROM，Programmable Read-Only Memory）、可擦除可编程只读存储器（EPROM，Erasable Programmable Read-Only Memory）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM，Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、磁性随机存取存储器（FRAM，ferromagnetic random access memory）、快闪存储器（Flash Memory）、磁表面存储器、光盘、或只读光盘（CD-ROM，Compact Disc Read-Only Memory）；磁表面存储器可以是磁盘存储器或磁带存储器。易失性存储器可以是随机存取存储器（RAM，Random AccessMemory），其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器（SRAM，Static Random Access Memory）、同步静态随机存取存储器（SSRAM，Synchronous Static Random Access Memory）、动态随机存取存储器（DRAM，Dynamic Random Access Memory）、同步动态随机存取存储器（SDRAM，SynchronousDynamic Random Access Memory）、双倍数据速率同步动态随机存取存储器（DDRSDRAM，Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory）、增强型同步动态随机存取存储器（ESDRAM，Enhanced Synchronous Dynamic Random Access Memory）、同步连接动态随机存取存储器（SLDRAM，SyncLink Dynamic Random Access Memory）、直接内存总线随机存取存储器（DRRAM，Direct Rambus Random Access Memory）。本申请实施例描述的存储器3旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
上述本申请实施例揭示的方法可以应用于处理器2中，或者由处理器2实现。处理器2可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器2中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器2可以是通用处理器、DSP，或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。处理器2可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤，可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于存储介质中，该存储介质位于存储器3，处理器2读取存储器3中的程序，结合其硬件完成前述方法的步骤。
处理器2执行所述程序时实现本申请实施例的各个方法中的相应流程，为了简洁，在此不再赘述。
在示例性实施例中，本申请实施例还提供了一种存储介质，即计算机存储介质，具体为计算机可读存储介质，例如包括存储计算机程序的存储器3，上述计算机程序可由处理器2执行，以完成前述方法所述步骤。计算机可读存储介质可以是FRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、Flash Memory、磁表面存储器、光盘、或CD-ROM等存储器。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
或者，本申请上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台电子设备（可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种通信方法，其特征在于，应用于源节点，所述方法包括：
基于目的节点的历史感知信息确定第一目标频点，并以第一目标频点向所述目的节点发送RTS帧，以便所述目的节点基于所述RTS帧获取所述源节点的第一感知信息，并基于所述第一感知信息确定所述源节点的第一最佳接收频点；
接收所述目的节点以所述第一最佳接收频点发送的CTS帧，基于所述CTS帧获取所述目的节点的第二感知信息，并基于所述第二感知信息确定所述目的节点的第二最佳接收频点；
以所述第二最佳接收频点向所述目的节点发送数据帧，并接收所述目的节点以所述第一最佳接收频点发送的ACK帧。
2.根据权利要求1所述通信方法，其特征在于，所述基于目的节点的历史感知信息确定第一目标频点，包括：
判断是否存在目的节点的历史感知信息；
若是，则基于所述目的节点的历史感知信息确定第一目标频点；
若否，则基于单跳网络内邻居节点的感知信息确定第一目标频点。
3.根据权利要求1所述通信方法，其特征在于，所述基于所述第二感知信息确定所述目的节点的第二最佳接收频点，包括：
基于所述第二感知信息确定各频点对应的信道的信道质量；
将所述信道质量最高且大于预设值的信道对应的频点确定为所述目的节点的第二最佳接收频点。
4.根据权利要求1所述通信方法，其特征在于，所述基于所述第二感知信息确定所述目的节点的第二最佳接收频点，包括：
基于所述第二感知信息和单跳网络内邻居节点的感知信息确定所述目的节点的第二最佳接收频点。
5.根据权利要求1所述通信方法，其特征在于，所述接收所述目的节点以所述第一最佳接收频点发送的CTS帧，包括：
采用跳频的方式接收所述目的节点发送的选频头；其中，所述选频头包括2×N跳的所述第一最佳接收频点的帧结构，N为所有候选频点的数量，单跳帧结构包括wash序列；
采用选频头同步的方式确定所述第一最佳接收频点；
将接收频率切换至所述第一最佳接收频点，以便接收所述目的节点以所述第一最佳接收频点发送的CTS帧。
6.根据权利要求5所述通信方法，其特征在于，所述采用跳频的方式接收所述目的节点发送的选频头，包括：
以预设方式在所有所述候选频点中切换接收频率，接收所述目的节点发送的选频头；其中，所述接收频率在每个所述候选频点停留目标时间，所述目标时间为所述选频头中单跳时间的两倍；
相应的，所述采用选频头同步的方式确定所述第一最佳接收频点，包括：
计算接收到的所述候选频点对应的单跳帧结构中的wash序列与本地存储的wash序列之间的相关性；
将所述相关性大于预设值对应的候选频点确定为所述第一最佳接收频点。
7.根据权利要求1所述通信方法，其特征在于，所述基于目的节点的历史感知信息确定第一目标频点之前，还包括：
当感知到存在需要发送至所述目的节点的数据时，通过物理载波监听和虚拟载波监听判断信道是否空闲；
若是，则通过随机退避进行信道竞争，竞争到信道后，执行所述基于目的节点的历史感知信息确定第一目标频点的步骤。
8.一种通信装置，其特征在于，应用于源节点，所述装置包括：
第一发送模块，用于基于目的节点的历史感知信息确定第一目标频点，并以第一目标频点向所述目的节点发送RTS帧，以便所述目的节点基于所述RTS帧获取所述源节点的第一感知信息，并基于所述第一感知信息确定所述源节点的第一最佳接收频点；
第一接收模块，用于接收所述目的节点以所述第一最佳接收频点发送的CTS帧；
确定模块，用于基于所述CTS帧获取所述目的节点的第二感知信息，并基于所述第二感知信息确定所述目的节点的第二最佳接收频点；
第二发送模块，用于以所述第二最佳接收频点向所述目的节点发送数据帧；
第二接收模块，用于接收所述目的节点以所述第一最佳接收频点发送的ACK帧。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述通信方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述通信方法的步骤。
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