CN103596168A - 一种无线通讯中自适应抗干扰的消息发送与接收方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线通讯中自适应抗干扰的消息发送与接收方法及装置，其中消息发送方法包括：将消息进行分割，形成至少一个信息片段；在当前时间段，从预设频率组合集中按照第一设定规则选择一个频率组合；采用所述频率组合中的各频率，在当前时间段向消息接收器发送一个信息片段；重复执行频率组合选择和各信息片段的发送步骤，直至接收到消息接收器返回的消息还原成功响应。本发明能提高无线通讯的安全性。

Description

一种无线通讯中自适应抗干扰的消息发送与接收方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及无线通信技术领域,尤其涉及一种无线通讯中自适应抗干扰的消息发送与接收方法及装置。

背景技术

无线连接的广播特性使得无线通讯极易受到拒绝服务的干扰。通过使用干扰技术，干扰者可以通过传送信号来干扰正常的通讯，使网络暂时瘫痪，阻塞干扰对于某些实时性要求高的应用非常关键，例如战场上发送给士兵的作战指挥信息，需要确保能阻塞敌军对所述作战指挥信息的干扰信息。

近年来，无线通讯的防干扰技术研究已经引起了科研人员的密切关注，现有技术中提出了一些协议来试图解决这个问题，例如现有技术中提出了跳频分散频谱和直接序列分散频谱。

但是，这些技术都有非常明显的局限性，它们都依赖于通讯的双方必须有一些事先共享的秘密（比如跳频的顺序），这个前提条件严重的局限了这些技术在如下场景中的应用：例如在高度动态化的无线网络中，使用者频繁的进出网络，使得消息发送器/消息接收器间拥有共享的秘密变得不可能。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种无线通讯中自适应抗干扰的消息发送与接收方法及装置，来解决以上背景技术部分提到的技术问题。

本发明实施例采用以下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种无线通讯中自适应抗干扰的消息消息发送方法，包括：

将消息进行分割，形成至少一个信息片段；

在当前时间段，从预设频率组合集中按照第一设定规则选择一个频率组合；

采用所述频率组合中的各频率，在当前时间段向消息接收器发送一个信息片段；

重复执行频率组合选择和各信息片段的发送步骤，直至接收到消息接收器返回的消息还原成功响应。

第二方面，本发明实施例还提供了一种无线通讯中自适应抗干扰的消息发送装置，包括：

消息分割单元，用于将消息进行分割，形成至少一个信息片段；

频率选择单元，用于在当前时间段，从预设频率组合集中按照第一设定规则选择一个频率组合；

信息发送单元，用于采用所述频率组合中的各频率，在当前时间段向消息接收器发送一个信息片段；

所述频率选择单元和所述信息发送单元用于重复使用以重复执行频率组合选择和各信息片段的发送，直至接收到消息接收器返回的消息还原成功响应。

第三方面，本发明实施例还提供了一种无线通讯中自适应抗干扰的消息接收方法，包括：

在当前时间段内，根据各频率的权重值计算选中概率，并根据所述选中概率从预设频率组合集中按照设定规则选择一个频率组合；

采用选择的频率组合中的各频率，接收消息发送器在当前时间段发送的信息片段；

根据当前时间段所述信息片段的接收情况，更新各频率组合中频率的权重值；

当判断出在至少一个时间段中接收的信息片段能还原为消息时，向所述消息发送器返回消息还原成功响应。

第四方面，本发明实施例还提供了一种无线通讯中自适应抗干扰的消息接收装置，包括：

频率组合选择单元，用于在当前时间段内，根据各频率的权重值计算选中概率，并根据所述选中概率从预设频率组合集中按照设定规则选择一个频率组合；

信息片段接收单元，用于采用选择的频率组合中的各频率，接收消息发送器在当前时间段发送的信息片段；

权重更新单元，用于根据当前时间段所述信息片段的接收情况，更新各频率组合中频率的权重值；

接收响应单元，用于当判断出在至少一个时间段中接收的信息片段能还原为消息时，向所述消息发送器返回消息还原成功响应。

本发明实施例提出的技术主案的有益技术效果是：

消息发送器将消息分割成至少一个信息片段以后，重复地从预设频率组合集中选择频率组合分别用于对所述各信息片段进行发送，直至接收到消息接收器返回的消息还原成功响应；而消息接收器根据各频率的权重值从预设频率组合集中按照设定规则选择频率组合进行消息的接收。本实施例提出的技术方案避免了通讯的双方事先共享秘密，能提高无线通讯的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施例一所述的无线通讯中自适应抗干扰的消息消息发送方法流程图；

图2是本发明具体实施例二所述的无线通讯中自适应抗干扰的消息发送装置结构框图；

图3是本发明具体实施例三所述的无线通讯中自适应抗干扰的消息接收方法流程图；

图4是本发明具体实施例二所述的无线通讯中自适应抗干扰的消息接收装置结构框图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域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，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例所提供的消息消息发送方法的执行主体为消息发送器，消息接收方法的执行主体为消息接收器，消息发送器与消息接收器要求在通讯范围之内，并且拥有共同的时钟来源，消息发送器需要在可能出现通讯干扰者的情况下，向消息接收器发送信息。

为了防止干扰者采取先监听后干扰的手段，发送的信息将被分割成多个很短信息片段，在连续的时间段内进行传输。这样干扰者在监听成功时，消息片段的传输已经完成。为了还原信息，消息接收器必须收到所有的信息片段。对于每条信息，消息发送器将生产一组新的公钥/私钥对。消息发送器在每个发送的信息包中加入短签名，加入签名信息和公钥信息。使用短签名将大大降低签名的长度和公钥的长度。当消息接收器收到信息包后，可以用公钥来验证信息的完整性。也就是说，消息接收器可以验证信息包内的片段是否来源于同一信息，或者同一信息的所有信息片段时候全被收集到。基于对网络模型的假设，在本发明中，消息接收器不会向消息发送器发送确认信息。所以，消息发送器不会知道每个信息片段是否已被收到。但是，消息接收器将发布整个信息被成功还原的消息。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

图1是本实施例所述的无线通讯中自适应抗干扰的消息消息发送方法流程图，如图1所示，本实施例所述的无线通讯中自适应抗干扰的消息消息发送方法包括：

S101、将消息进行分割，形成至少一个信息片段。

消息发送器对消息进行分割，其具体分割方式可为多种，包括但不限于将所有消息按设置的片段数分成预先设定数目的信息片段或将消息按设定长度进行分割。

将消息按设定长度进行分割可包括但不限于以下几种方式：

方式一：将消息按照设定长度进行分割，其中所述设定长度满足如下条件：

$l\≥36\frac{n^3\min \{k_s,k_r,n-k_j\}(1+c\∈)}{k_s\left({n-k}_j\right){(c-1)}^2{\∈}^2}$

其中，l代表所述设定长度；

n代表所有可用频率的数量；

k_s、k_r和k_j分别是消息发送器、消息接收器和干扰者各自可同时使用的频率数量；

c是大于1的预设第一常数；

ε是预设的用于影响传输成功率的第二常数。

方式二：对所述消息采用Erasure编码，将编码后的消息按照设定长度进行分割，其中所述设定长度满足如下条件：

l≥36(1+δ+c∈)k_rnlnn/(c-1)²∈²

其中，l代表所述设定长度；

n代表所有可用频率的数量；

k_s、k_r和k_j别是消息发送器、消息接收器和干扰者各自可同时使用的频率数量；c是预设的大于1的第一常数；

ε是预设的用于影响传输成功率的第二常数；

δ是预设的第三常数，且满足

不大于εl的关系。

方式三：对所述消息采用Fountain编码，将编码后的消息按照设定长度进行分割，其中所述设定长度满足如下条件：

$l\≥36\frac{n^3\ln n\min \{k_s,k_r,n-k_j\}(1+c\∈)}{k_s(n-k_j){(c-1)}^2{\∈}^2}$

其中，l代表所述设定长度；

n代表所有可用频率的数量；

k_s、k_r和k_j分别是消息发送器、消息接收器和干扰者各自可同时使用的频率数量；c是预设的大于1的第一常数；

ε是预设的用于影响传输成功率的第二常数

S102、在当前时间段，从预设频率组合集中按照第一设定规则选择一个频率组合。

S103、采用所述频率组合中的各频率，在当前时间段向消息接收器发送一个信息片段。

发送器具体发送包括：同时使用所选择的频率组合对一个信息片段进行发送，再重新选择新的频率组合对下一个信息片段进行发送，或者使用所选择的频率组合对不同的信息片段进行发送，使得所选择的频率组合中所包含的频率数目与所发送的信息片段数目相等。

S104、判断是否接收到消息接收器返回的消息还原成功响应，若是则结束，否则返回步骤S102。

本实施例通过消息发送器将消息分割成至少一个信息片段以后，重复地从预设频率组合集中选择频率组合分别用于对所述各信息片段进行发送，直至接收到消息接收器返回的消息还原成功响应，以使消息接收器根据各频率的权重值从预设频率组合集中按照设定规则选择频率组合进行消息的接收。本实施例提出的技术方案避免了通讯的双方事先共享秘密，能提高无线通讯的安全性。

实施例二

图2是本实施例所述的无线通讯中自适应抗干扰的消息发送装置结构框图，如图2所示，本实施例所述的无线通讯中自适应抗干扰的消息发送装置包括：

消息分割单元201，用于将消息进行分割，形成至少一个信息片段；

频率选择单元202，用于在当前时间段，从预设频率组合集中按照第一设定规则选择一个频率组合；

信息发送单元203，用于采用所述频率组合中的各频率，在当前时间段向消息接收器发送一个信息片段；

所述频率选择单元202和所述信息发送单元203用于重复使用以重复执行频率组合选择和各信息片段的发送，直至接收到消息接收器返回的消息还原成功响应。

进一步地，所述发送装置还包括信息片段选择单元，用于重复执行频率组合选择和各信息片段的发送之前，在每个时间段，从所述消息的各信息片段中随机选择一信息片段，或从按照设定顺序排序的各信息片段中按顺序选择一信息片段；

所述频率选择单元202和所述信息发送单元203用于执行频率组合选择和信息片段的发送，以采用相同概率发送每个消息的各信息片段至少一次。

进一步地，所述消息分割单元201用于将消息进行分割具体包括：用于将消息按照设定长度进行分割。

或者，所述消息分割单元201用于将消息进行分割具体包括：用于将消息按照设定长度进行分割，其中所述设定长度满足如下条件：

$l\≥36\frac{n^3\min \{k_s,k_r,n-k_j\}(1+c\∈)}{k_s\left({n-k}_j\right){(c-1)}^2{\∈}^2}$

其中，l代表所述设定长度；

n代表所有可用频率的数量；

k_s、k_r和k_j分别是消息发送器、消息接收器和干扰者各自可同时使用的频率数量；

c是大于1的预设第一常数；

ε是预设的用于影响传输成功率的第二常数。

或者，所述消息分割单元201用于将消息进行分割具体包括：用于对所述消息采用Erasure编码，将编码后的消息按照设定长度进行分割，其中所述设定长度满足如下条件：

l≥36(1+δ+c∈)k_rnlnn/(c-1)²∈²

其中，l代表所述设定长度；

n代表所有可用频率的数量；

k_s、k_r和k_j分别是消息发送器、消息接收器和干扰者各自可同时使用的频率数量；c是预设的大于1的第一常数；

ε是预设的用于影响传输成功率的第二常数；

δ是预设的第三常数，且满足

不大于εl的关系。

或者，所述消息分割单元201用于将消息进行分割具体包括：用于对所述消息采用Fountain编码，将编码后的消息按照设定长度进行分割，其中所述设定长度满足如下条件：

$l\≥36\frac{n^3\ln n\min \{k_s,k_r,n-k_j\}(1+c\∈)}{k_s(n-k_j){(c-1)}^2{\∈}^2}$

其中，l代表所述设定长度；

n代表所有可用频率的数量；

k_s、k_r和k_j分别是消息发送器、消息接收器和干扰者各自可同时使用的频率数量；c是预设的大于1的第一常数；

ε是预设的用于影响传输成功率的第二常数。

实施例三

图3是本实施例所述的无线通讯中自适应抗干扰的消息接收方法流程图，如图3所示，本实施例所述的无线通讯中自适应抗干扰的消息接收装置包括：

S301、在当前时间段内，根据各频率的权重值计算选中概率，并根据所述选中概率从预设频率组合集中按照设定规则选择一个频率组合。

消息接收器根据各频率的权重值计算选中概率包括频率组合集初始化阶段和后续的权重值计算阶段。

初始化阶段包括但不限于以下方法：

将预设频率组合集中所有频率组合的权重值设置为1；

根据实际情况设定三个经验参数，0＜δ＜1，0＜β≤1，0＜λ≤1/2，η＞0，满足如下关系：

$\mathrm{\β}=\sqrt{\frac{k_r}{\mathrm{nT}}\ln \frac{n}{\mathrm{\δ}}},\mathrm{\γ}=2\mathrm{\ηn}$ 以及 $\mathrm{\η}=\sqrt{\frac{\ln n}{4\mathrm{Tn}}}$

其中，n代表所有可用频率的数量；

k_r代表消息接收器可同时使用的频率数量；

T代表通讯时间段的数量，T大于或等于

后续的权重值计算阶段，在当前时间段内，根据各频率的权重值计算选中概率，并根据所述选中概率从预设频率组合集中按照设定规则选择一个频率组合包括但不限于如下方案：

方案一：根据各频率的权重值计算各频率的选中概率，并根据所述选中概率，从预设频率组合集中按照设定规则选择一个频率组合；或

方案二：根据各频率的权重值计算各频率组合的选中概率，并根据所述选中概率，从预设频率组合集中按照设定规则选择一个频率组合。

进一步地，所述根据各频率的权重值计算各频率的选中概率的步骤包括：

每个频率f在t时间段内被选中的概率如下：

$q_{f,t}=\underset{i:f\∈i}{\mathrm{\Σ}}{p}_{i,t}=(1-\mathrm{\γ})\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i:f\∈i}{w}_{i,t-1}}{W_{t-1}}+\mathrm{\γ}\frac{\left|\right\{i\∈c:f\∈i\left\}\right|}{\left|c\right|}$

其中，每个频率f被选中的概率等于所有包含频率f的所有频率组合被选中的概率之和。

计算各频率组合的选中概率包括：

计算各频率的选中概率；

计算每个频率组合中各频率的选中概率之积，作为频率组合的选中概率。

优选地，根据当前时间段所述信息片段的接收情况，更新各频率组合中频率的权重值包括：

根据当前时间段所述信息片段的接收情况，更新各频率组合中每个频率的虚拟收益，其中，成功接收信息片段的频率的虚拟收益q_f，t为1，其他频率的虚拟收益q_f，t为0；

对每一个频率f，计算到t时刻为止的虚拟收益g′_f，t如下：如果f被选中，则g′_f，t将被设为

如果f没有被选中，则g′_f，t将被设为

对于每个频率f，在时间段t时的权重w_f，t为

而对于每个频率合i在时间段t内的权重 $w_{i,t}={\mathrm{\Π}}_{f\∈i}{w}_{f,t}={\mathrm{\ω}}_{i,t-1}{e}^{g_{i,t}^{\′}},$ 即该频率组合包含的所有频率权重之积。

S302、采用选择的频率组合中的各频率，接收消息发送器在当前时间段发送的信息片段。

S303、根据当前时间段所述信息片段的接收情况，更新各频率组合中频率的权重值。

本步骤中更新各频率组合中频率的权重值的具体方式与本实施例中步骤S301中后续的权重值计算阶段相同，在此不作赘述。

S304、判断是否出在至少一个时间段中接收的信息片段能还原为消息，若是则执行步骤S305，否则返回步骤S301。

S305、向所述消息发送器返回消息还原成功响应。

本实施例通过消息接收器在与消息发送器不共享密秘的情况下，消息接收器根据过去的时间段中在特定的频率上接收消息片段是否成功来学习消息发送器的发送策略，从而决定在将来的时间段中如何选择接收的频率。本实施例提出的技术方案避免了通讯的双方事先共享秘密，能提高无线通讯的安全性。

实施例四

图4是本实施例所述的无线通讯中自适应抗干扰的消息接收装置结构框图，如图4所示，本实施例所述的无线通讯中自适应抗干扰的消息接收装置包括：

频率组合选择单元401，用于在当前时间段内，根据各频率的权重值计算选中概率，并根据所述选中概率从预设频率组合集中按照设定规则选择一个频率组合；

信息片段接收单元402，用于采用选择的频率组合中的各频率，接收消息发送器在当前时间段发送的信息片段；

权重更新单元403，用于根据当前时间段所述信息片段的接收情况，更新各频率组合中频率的权重值；

接收响应单元404，用于当判断出在至少一个时间段中接收的信息片段能还原为消息时，向所述消息发送器返回消息还原成功响应。

进一步地，所述装置还包括频率组合集初始化单元，用于第一次使用频率组合选择单元401选择一个频率组合之前：

将预设频率组合集中所有频率组合的权重值设置为1；

根据实际情况设定三个经验参数，0＜δ＜1，0＜β≤1，0＜λ≤1/2，η＞0，满足如下关系：

$\mathrm{\β}=\sqrt{\frac{k_r}{\mathrm{nT}}\ln \frac{n}{\mathrm{\δ}}},\mathrm{\γ}=2\mathrm{\ηn}$ 以及 $\mathrm{\η}=\sqrt{\frac{\ln n}{4\mathrm{Tn}}}$

其中，n代表所有可用频率的数量；

k_r代表消息接收器可同时使用的频率数量；

T代表通讯时间段的数量，T大于或等于

进一步地，所述频率组合选择单元401具体用于：根据各频率的权重值计算各频率的选中概率，并根据所述选中概率，从预设频率组合集中按照设定规则选择一个频率组合；或

根据各频率的权重值计算各频率组合的选中概率，并根据所述选中概率，从预设频率组合集中按照设定规则选择一个频率组合。

进一步地，所述根据各频率的权重值计算各频率的选中概率包括：

每个频率f在t时间段内被选中的概率如下：

$q_{f,t}=\underset{i:f\∈i}{\mathrm{\Σ}}{p}_{i,t}=(1-\mathrm{\γ})\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i:f\∈i}{w}_{i,t-1}}{W_{t-1}}+\mathrm{\γ}\frac{\left|\right\{i\∈c:f\∈i\left\}\right|}{\left|c\right|}$

其中，每个频率f被选中的概率等于所有包含频率f的所有频率组合被选中的概率之和。

进一步地，所述计算各频率组合的选中概率具体包括：

计算各频率的选中概率；

计算每个频率组合中各频率的选中概率之积，作为频率组合的选中概率。

进一步地，所述权重更新单元403具本用于：

根据当前时间段所述信息片段的接收情况，更新各频率组合中每个频率的虚拟收益，其中，成功接收信息片段的频率的虚拟收益q_f，t为1，其他频率的虚拟收益q_f，t为0；

对每一个频率f，计算到t时刻为止的虚拟收益g′_f，t如下：如果f被选中，则g′_f，t将被设为

如果f没有被选中，则g′_f，t将被设为

对于每个频率f，在时间段t时的权重w_f，t为

而对于每个频率合i在时间段t内的权重 $w_{i,t}={\mathrm{\Π}}_{f\∈i}{w}_{f,t}={\mathrm{\ω}}_{i,t-1}{e}^{g_{i,t}^{\′}},$ 即该频率组合包含的所有频率权重之积。

实施例五

消息接收器学习消息发送器和干扰者的策略，同时动态地调整自己的策略以获得最优的通讯性能。在本实施例的系统模型中，消息接收器在每一个时间段内，可以选择几个（数量取决于消息接收器的能力）频率进行接收。在此时间段内，当且仅当消息发送器选择相同频率发生，并且干扰者未在此频率上进行干扰时，接收才能正常完成；否则接收将失败。所以，消息接收器能够学习的信息就是在过去的时间段中，在特定的频率上接收是否成功；消息接收器的策略是要在将来的时间段中，如何选择接收的频率。由于消息接收器在每一时间段中可以同时选择几个（假设为k）频率，故共有n选k种不同的频率组合。

消息接收器的策略就是在每个时间段，决定每一种频率组合的概率，然后随机地选取一种频率组合（如果确定选取某种频率组合，可将该频率组合的概率设为100%）。本实施例将事先确定一个有频率组合组成的覆盖集合，所有n个频率都至少出现在该集合中的一个频率组合里某个。假设该覆盖集合共有C个不同的频率组合，且每个频率组合的权重都相同。

在本实施例中，消息接收器的策略分两个阶段：

（1）初始化阶段：由于开始时消息接收器对消息发送器和干扰者的策略一无所知，所以将所有频率组合i在0时刻的权重w_i，0都初始化为1。

设定参数0＜δ＜1，0＜β≤1，0＜λ≤1/2，η＞0。各个参数间需要满足以下关系： $\mathrm{\β}=\sqrt{\frac{k_r}{\mathrm{nT}}\ln \frac{n}{\mathrm{\δ}}},\mathrm{\γ}=2\mathrm{\ηn}$ 以及 $\mathrm{\η}=\sqrt{\frac{\ln n}{4\mathrm{Tn}}},$ 其中n代表所有可用频率的数量，k_r代表消息接收器可同时接收频率的数量，而T代表通讯时间段的数量。为了使系统效率接近最优，总的时间段数量T必须至少为 $\max \{\frac{k_r}{n}\ln \frac{n}{\mathrm{\δ}},4n\ln n\}.$

（2）实施阶段：在每一个时间段t开始以前，消息接收器都将按顺序执行以下步骤。

1.根据初始化或者上一时间段结束时的权重，按如下方法随机的选出一个频率组合。对于每个频率组合i，在时间段t被选中的概率p_i，t如下：

$p_{i,t}=\left\{\begin{array}{cc}(1-\mathrm{\γ})\frac{w_{t,t-1}}{W_{t-1}}+\frac{\mathrm{\γ}}{\left|c\right|}& \mathrm{ifi}\∈c\\ (1-\mathrm{\γ})\frac{w_{t,t-1}}{W_{t-1}}& \mathrm{ifi}\∉c\end{array}\right.$

如果该频率组合在覆盖集合内，则有1-γ的概率，按照t-1时间段时频率组合的权重（该组合的权重除以总权重）被选中；另有γ的概率按照覆盖集合的权重（1/C）被选中。如果该组合不再覆盖集合内，则只有1-γ的概率，t-1时间段时按照频率组合的权重被选中，例外有γ的概率，该组合肯定不被选中。

2.分别计算每个频率f在t时间段内被选中的概率如下：

$q_{f,t}=\underset{i:f\∈i}{\mathrm{\Σ}}{p}_{i,t}=(1-\mathrm{\γ})\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i:f\∈i}{w}_{i,t-1}}{W_{t-1}}+\mathrm{\γ}\frac{\left|\right\{i\∈c:f\∈i\left\}\right|}{\left|c\right|}$

每个频率f被选中的概率等于所有包含频率f的所有频率组合被选中的概率之和。

3.使用选定的频率组合接收信息。如在该时间段内在频率f上成功收到信息片段，则该时间内频率f的收益q_f，t为1；如果频率f上没有收到信息（消息发送器没有在此频率发送，或者此频率被干扰者干扰），则该时间段频率f的收益q_f，t为0。对每一个频率f，计算到t时刻为止的虚拟收益g′_f，t如下：如果f被选中，则g′_f，t将被设为

如果f没有被选中，则g′_f，t将被设为

4.根据以上的虚拟收益，更新每个频率组合的权重如下：频率f在时间段t时的权重w_f，t为

而频率组合i在时间段t时的权重即该频率组合包含的所有频率的权重之积。

根据以上的策略，消息接收器会在每一个时间段开始前决定在该时间段内所采取的策略，并在该时间段结束后，根据反馈动态地调整下一个时间段所用的策略。根据《接近最优的无协调跳频防干扰通讯》（Towards Optimal AdaptiveUFH-based Anti-jamming Wireless Communication，投稿于期刊IEEE Journalon Selected Areas in Communications(JSAC)，2011）的证明，当通讯时间T足够大时，本实施例采用的策略的性能会以极大的概率（可以无限接近100%）等同于无限接近于最优策略。

在实施阶段的第二步，需要计算所有频率组合的权重，然后随机选出一个频率组合。简单的计算方法需要

的时间和空间复杂度。当总的频率个数很多、或者消息接收器能同时接收的频率很多时，该计算的时间和空间复杂度会成指数级别地上升。为了解决这个问题，本实施例进一步提出了用动态规划的方法降低计算复杂度。

与在所有频率组合中选取一种组合不同，新的方法对每个频率单独进行判断是否被选中。使用新的方法，每个频率组合被选中的概率与原先的方法一致，但计算复杂度会大大降低。

以下用w_f，t表示在时间段t是频率f的权重，用S(f,k)表示所有在频率f,f+1,...,n中恰好选择k个频率的策略的集合，用

表示所有在频率1,2,...,f中恰好选择k个频率的策略的集合。根据定义

$W_t(\stackrel{\‾}{f},\stackrel{\‾}{k})=\underset{i\∈S(\stackrel{\‾}{f},\stackrel{\‾}{k})}{\mathrm{\Σ}}\underset{f\∈i}{\mathrm{\Π}}{w}_{f,t}$

${\stackrel{\‾}{W}}_t(\stackrel{\‾}{f},\stackrel{\‾}{k})=\underset{i\∈\stackrel{\‾}{S}(\stackrel{\‾}{f},\stackrel{\‾}{k})}{\mathrm{\Σ}}\underset{f\∈i}{\mathrm{\Π}}{w}_{f,t},$

有如下的性质

$W_t(\stackrel{\‾}{f},\stackrel{\‾}{k})=W_t(\stackrel{\‾}{f}+1,\stackrel{\‾}{k})+w_{\stackrel{\‾}{f},t}{W}_t(\stackrel{\‾}{f}+1,\stackrel{\‾}{k}-1)$

${\stackrel{\‾}{W}}_t(\stackrel{\‾}{f},\stackrel{\‾}{k})={\stackrel{\‾}{W}}_t(\stackrel{\‾}{f}-1,\stackrel{\‾}{k})+w_{\stackrel{\‾}{f},t}{\stackrel{\‾}{W}}_t(\stackrel{\‾}{f}-1,\stackrel{\‾}{k}-1)$

根据上述等式，和

都可以用动态规划的方法在O(k_rn)的时间内计算出来。回到实施阶段的第二步，在原算法中，申请人计算了所有频率组合的权重，然后根据权重在所有频率组合汇总选取一种组合。为了降低时间和空间复杂度，申请人按一定的概率依次决定是否选择某个频率。对于第f个频率，如果在前f-1个频率中已经有k个频率被选择，则选择该频率的概率为

$\frac{w_{f,t-1}{W}_{t-1}(f+1,k_r-k-1)}{W_{t-1}(f,k_r-k)}$

使用该办法所得到的结果与原算法中的完全一致。但时间和空间复杂度将从

大大降低到O(k_rnT)和O(k_rn)。

为了防止干扰者使用先监听后干扰的策略，消息发送器的消息将被分割成极短的信息片段，使得干扰者在监听成功时，信息片段的传输已经完成。消息接收器为了还原信息，必须接收到一定数量的信息片段才能还原原信息。因为如此，消息发送器在分割、发送信息片段时的编码策略，也将直接影响到本实施例的性能。由于消息发送器收不到任何消息接收器的反馈，故消息发送器不能判断某个特定的信息片段是否已被收到。消息发送器只能保持随机发送所有的信息片段。本实施例提供了不同编码策略下信息片段的理想长度、所需的发送次数以及在此前提下消息接收器收到完整信息的概率（消息接收器使用本实施例的消息接收器跳频策略）：

（1）不进行编码。消息发送器不使用任何编码手段，将信息直接分割成l等分后以相同的概率进行发送。信息片段的数量l需要满足如下条件

$l\≥36\frac{n^3\min \{k_s,k_r,n-k_j\}(1+c\∈)}{k_s\left({n-k}_j\right){(c-1)}^2{\∈}^2}$

其中n是可用频率的总数，k_s、k_r、k_j分别是消息发送器、消息接收器、干扰者可同时使用的频率数量，c是一个大于1的常数，ε是一个影响到传输成功率的常数（以下沿用这些符号）。为了确保消息接收器以至少

的概率还原信息，消息发送器至少需要发送(1+∈)llnl个信息片段。通过增大l和ε，消息发送器可以将传输的成功率提高到无限接近于100%。而100%的成功率在本实施例的网络模型假设下是不可能的，干扰者至少有很小的概率始终干扰到发送。

（2）采用Erasure编码。接近最优的Erasure编码（例如在《数字模块和编码》（“Digital modulation and coding”，Prentice-Hall1996出版），被提出的Reed Solomon编码和在《实用的适应损耗的编码》（“Practicalloss-resilient codes”，国际会议ACM STOC1997）中被提出的Tornado编码）将原始信息分割成cl个程度为原始信息1/(l-ε)的信息片段，消息接收器只要接收到其中任意l个不同的信息片段即可还原出原始信息。信息片段的数量l需要满足如下条件

l≥36(1+δ+c∈)k_rnlnn/(c-1)²∈²

其中δ是一个小常数，保证

不大于εl。为了确保消息接收器以至少

的概率还原信息，消息发送器至少需要发送(c+∈)l个信息片段。通过增大l和ε，消息发送器可以将传输的成功率提高到无限接近于100%。

（3）采用Fountain编码。Fountain编码将会生成一组长度约为原始信息1/l的信息片段。不同的信息片段可以被无限生成。消息接收器只要接收到其中任意l个不同的信息片段即可还原出原始信息。信息片段的数量l需要满足如下条件

$l\≥36\frac{n^3\ln n\min \{k_s,k_r,n-k_j\}(1+c\∈)}{k_s(n-k_j){(c-1)}^2{\∈}^2}$

为了确保消息接收器以至少

的概率还原信息，消息发送器至少需要发送(1+cε)l个信息片段。通过增大l和ε，消息发送器可以将传输的成功率提高到无限接近于100%。

以上实施例提供的技术方案中的全部或部分内容可以通过软件编程实现，其软件程序存储在可读取的存储介质中，存储介质例如：计算机中的硬盘、光盘或软盘。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种无线通讯中自适应抗干扰的消息发送方法，其特征在于，包括：

将消息进行分割，形成至少一个信息片段；

在当前时间段，从预设频率组合集中按照第一设定规则选择一个频率组合；

采用所述频率组合中的各频率，在当前时间段向消息接收器发送一个信息片段；

重复执行频率组合选择和各信息片段的发送步骤，直至接收到消息接收器返回的消息还原成功响应。

2.根据权利要求1所述的消息发送方法，其特征在于，重复执行频率组合选择和各信息片段的发送步骤之前，还包括：

在每个时间段，从所述消息的各信息片段中随机选择一信息片段，或从按照设定顺序排序的各信息片段中按顺序选择一信息片段；

执行频率组合选择和信息片段的发送步骤，以采用相同概率发送每个消息的各信息片段至少一次。

3.根据权利要求1所述的消息发送方法，其特征在于，所述将消息进行分割的步骤具体包括：将消息按照设定长度进行分割，其中所述设定长度满足如下条件：

$l\≥36\frac{n^3\min \{k_s,k_r,n-k_j\}(1+c\∈)}{k_s\left({n-k}_j\right){(c-1)}^2{\∈}^2}$

其中，l代表所述设定长度；

n代表所有可用频率的数量；

k_s、k_r和k_j分别是消息发送器、消息接收器和干扰者各自可同时使用的频率数量；

c是大于1的预设第一常数；

ε是预设的用于影响传输成功率的第二常数。

4.根据权利要求1所述的消息发送方法，其特征在于，所述将消息进行分割的步骤具体包括：对所述消息采用Erasure编码，将编码后的消息按照设定长度进行分割，其中所述设定长度满足如下条件：

l≥36(1+δ+c∈)k_rnlnn/(c-1)²∈²

其中，l代表所述设定长度；

n代表所有可用频率的数量；

k_s、k_r和k_j分别是消息发送器、消息接收器和干扰者各自可同时使用的频率数量；c是预设的大于1的第一常数；

ε是预设的用于影响传输成功率的第二常数；

δ是预设的第三常数，且满足

不大于εl的关系。

5.根据权利要求1所述的消息发送方法，其特征在于，所述将所述消息进行分割的步骤具体包括：对所述消息采用Fountain编码，将编码后的消息按照设定长度进行分割，其中所述设定长度满足如下条件：

$l\≥36\frac{n^3\ln n\min \{k_s,k_r,n-k_j\}(1+c\∈)}{k_s(n-k_j){(c-1)}^2{\∈}^2}$

其中，l代表所述设定长度；

n代表所有可用频率的数量；

k_s、k_r和k_j分别是消息发送器、消息接收器和干扰者各自可同时使用的频率数量；c是预设的大于1的第一常数；

ε是预设的用于影响传输成功率的第二常数。

6.一种无线通讯中自适应抗干扰的消息发送装置，其特征在于，包括：

消息分割单元，用于将消息进行分割，形成至少一个信息片段；

频率选择单元，用于在当前时间段，从预设频率组合集中按照第一设定规则选择一个频率组合；

信息发送单元，用于采用所述频率组合中的各频率，在当前时间段向消息接收器发送一个信息片段；

所述频率选择单元和所述信息发送单元用于重复使用以重复执行频率组合选择和各信息片段的发送，直至接收到消息接收器返回的消息还原成功响应。

7.一种无线通讯中自适应抗干扰的消息接收方法，其特征在于，包括：

在当前时间段内，根据各频率的权重值计算选中概率，并根据所述选中概率从预设频率组合集中按照设定规则选择一个频率组合；

采用选择的频率组合中的各频率，接收消息发送器在当前时间段发送的信息片段；

根据当前时间段所述信息片段的接收情况，更新各频率组合中频率的权重值；

当判断出在至少一个时间段中接收的信息片段能还原为消息时，向所述消息发送器返回消息还原成功响应。

8.根据权利要求7所述的接收方法，其特征在于，还包括频率组合集初始化阶段，具体包括：

将预设频率组合集中所有频率组合的权重值设置为1；

根据实际情况设定三个经验参数，0＜δ＜1，0＜β≤1，0＜λ≤1/2，η＞0，满足如下关系：

$\mathrm{\β}=\sqrt{\frac{k_r}{\mathrm{nT}}\ln \frac{n}{\mathrm{\δ}}},\mathrm{\γ}=2\mathrm{\ηn}$ 以及 $\mathrm{\η}=\sqrt{\frac{\ln n}{4\mathrm{Tn}}}$

其中，n代表所有可用频率的数量；

k_r代表消息接收器可同时使用的频率数量；

T代表通讯时间段的数量，T大于或等

9.根据权利要求8所述的接收方法，其特征在于，在当前时间段内，根据各频率的权重值计算选中概率，并根据所述选中概率从预设频率组合集中按照设定规则选择一个频率组合包括：

根据各频率的权重值计算各频率的选中概率，并根据所述选中概率，从预设频率组合集中按照设定规则选择一个频率组合；或

根据各频率的权重值计算各频率组合的选中概率，并根据所述选中概率，从预设频率组合集中按照设定规则选择一个频率组合。

10.一种无线通讯中自适应抗干扰的消息接收装置，其特征在于，包括：

频率组合选择单元，用于在当前时间段内，根据各频率的权重值计算选中概率，并根据所述选中概率从预设频率组合集中按照设定规则选择一个频率组合；

信息片段接收单元，用于采用选择的频率组合中的各频率，接收消息发送器在当前时间段发送的信息片段；

权重更新单元，用于根据当前时间段所述信息片段的接收情况，更新各频率组合中频率的权重值；

接收响应单元，用于当判断出在至少一个时间段中接收的信息片段能还原为消息时，向所述消息发送器返回消息还原成功响应。

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