CN109039454A - 协作军车编队的无线紫外光隐秘通信的中继选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的协作军车编队的无线紫外光隐秘通信的中继选择方法，指挥车根据由接收信噪比门限值和目的车辆通过车队运行轨迹、速度估算接收光子数概率所建立的最佳中继选择算法，从自身通信覆盖范围内的中继节点中，选出通信质量最佳的中继节点，将作战任务信息转发到编队的目的车辆，实现指挥车和目的车辆之间的间接快速通信；另外，通过最佳中继节点进行信息的转发，可有效降低发射端的功率消耗，数据发送采用时分复用模式，可有效减少码间干扰，提高中继节点数据转发的正确率以及目的节点正确还原源信息的概率，进一步提高车队间的协作能力。

Description

协作军车编队的无线紫外光隐秘通信的中继选择方法

技术领域

本发明属于无线光通信技术领域，具体涉及协作军车编队的无线紫外光隐秘通信的中继选择方法。

背景技术

随着高科技技术的发展，现代化先进武器在军事领域得到广泛应用。在现代化军事战争中，信息战将成为一种新的作战方式，因此，隐秘通信显得尤为重要，特别是作战车队间的隐秘通信。在战场环境中，指挥车如何向各作战车辆隐秘传输战场信息，分配作战任务，发布协同作战命令成为目前研究的重点。

目前军事作战中常使用无线电通信、有线通信和光通信等，有线通信需要架设电线，不灵活，易遭到破坏，且作战车队处于不断移动的过程，有线通信无法满足要求，在隐秘行动过程中，使用常规无线电通信易被截收和监听，据此确定作战车队的位置和可能的行动，不能保证作战车队战时的隐蔽性。光通信中的无线紫外光通信具有抗干扰能力和近距离通信方式，满足隐秘通信要求，但在复杂山林地区，车队间端到端的通信链路由于距离较远，或者收发端自身功率衰减以及障碍物等的影响发生断开，造成接收端不能及时的接收分配作战任务，影响车队间整体的协作能力。

发明内容

本发明的目的是提供协作军车编队的无线紫外光隐秘通信的中继选择方法，解决了现有的无线紫外光隐秘通信链路因距离或者障碍物等的影响易发生断开而造成接收端不能及时接收分配作战任务的问题。

本发明所采用的技术方案是，协作军车编队的无线紫外光隐秘通信的中继选择方法，具体按照如下步骤实施：

步骤1、根据理论与仿真分析，确定中继待选节点的最佳接收信噪比门限值γ_th；

步骤2、源节点第一时隙广播信息到中继节点，通过将中继节点的接收信噪比与信噪比门限值γ_th进行比较，筛选出满足要求的中继节点作为中继待选节点；

步骤3、目的节点在第二时隙接收中继待选节点发送的光子，并根据车队运行轨迹和速度，计算目的节点在第二时隙接收到每个中继待选节点发送光子的光子数概率，然后根据该光子数概率对所有中继待选节点进行排序；

步骤4、源节点在目的节点对中继待选节点进行排序后的结果中选择最佳中继节点，源节点在发送信息码元中加入选中的最佳中继节点ID号，完成信息转发。

本发明的特点还在于，

步骤2的具体过程如下：

假设有N个中继节点，分别标识为r₁,r₂,…,r_N，源节点即指挥车第一时隙广播信息到每个中继节点，每个中继节点接收到信息并估计接收信噪比(i＝1,2,…,N)，然后并将与γ_th进行比较，若中继节点的接收信噪比则将该中继节点作为中继待选节点放入译码集D(r)中，否则排除该中继节点。

步骤3中光子数概率的计算过程如下：

假设在第一时隙译码集D(r)中的中继待选节点从源节点接收相同的光子数n，则目的节点从译码集D(r)中的每个中继待选节点处接收m_i个光子数的概率为p(m_i|n)为：

式(3)中，i＝1,2,…,|D(r)|，是单位光子数/bit/W，η是光子转换效率，是中继节点到目的节点的路径损耗，R_b是数据传输速率，h是普朗克常数，v是频率v＝c/λ，P_r是中继节点发射功率，是目的节点接收的噪声光子数的均值。

步骤3中，对译码集D(r)中的中继待选节点通过下式进行降序排列：

式(4)中，i^*为p(m_i|n)取最大值时i的值，|D(r)|表示译码集中元素个数。

本发明的有益效果是：

协作军车编队的无线紫外光隐秘通信的中继选择方法，指挥车根据由接收信噪比门限值和目的车辆通过车队运行轨迹、速度估算接收光子数概率所建立的最佳中继选择算法，从自身通信覆盖范围内的中继节点中，选出通信质量最佳的中继节点，将作战任务信息转发到编队的目的车辆，实现指挥车和目的车辆之间的间接快速通信；另外，通过最佳中继节点进行信息的转发，可有效降低发射端的功率消耗，数据发送采用时分复用模式，可有效减少码间干扰，提高中继节点数据转发的正确率以及目的节点正确还原源信息的概率，进一步提高车队间的协作能力，另外，利用无线紫外光通信的低窃听率、抗干扰和非直视等优点，实现协作军车编队间局域内的隐秘通信。

附图说明

图1为本发明协作军车编队的无线紫外光隐秘通信的中继选择方法的模型图。

图中，1.指挥车，2.目的车辆，3.中继待选节点，4.最佳中继节点。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明协作军车编队的无线紫外光隐秘通信的中继选择方法，收发端均采用单输入多输出(SIMO)结构的无线紫外光B类通信方式，即定向发送，全向接收，可有效增加数据接收的正确率；发射端采用200～280nm的“日盲型”紫外波段，并采用较小发散角的扇区组成360度全覆盖散射通信模型。

如图1所示，当车辆编队处于特殊山林公路地段，如U型弯道、Z型山路等等，由于车队的行进速度不同造成指挥车与目的车辆间的通信距离较远、或者由于紫外光收发装置的自身功率衰减、或者由于弯道处山体障碍物等的影响，造成指挥车1与目的车辆2之间的直接通信链路断开，将影响目的车辆不能及时的接收指挥车发送的作战任务信息，在此情况下，根据最佳中继选择算法和时分复用模式，指挥车1第一时隙通过紫外光发射装置向其覆盖范围内的中继车辆广播信息，中继节点即中继车辆接收信息并估计接收信噪比，与门限值进行比较，确定满足要求的中继节点作为中继待选节点3。在第二时隙，目的车辆2接收中继待选节点3即待选中继车辆发送的信息，根据车队的运行轨迹和速度估算接收光子数概率的大小，进一步对中继待选节点进行降序排列；指挥车1根据目的车辆2对中继待选节点3的排序结果，选择最佳中继车辆快速建立其与目的车辆之间的最佳隐秘的通信链路，进行作战任务信息的发送和接收，具体按照如下步骤实施：

步骤1：根据理论与仿真分析，确定中继待选节点3的最佳接收信噪比门限值γ_th。

首先，在理想状态OOK调制下的接收信噪比表示为：

式(1)中，λ是紫外波长，η_r是光电探测器量子效率，G是探测器增益，R_b是数据传输速率，h是普朗克常数，c是光速，P_r，NLOS是接收光功率，r是通信基线距离。

在高斯噪声模型下的接收信噪比表示为：

式(2)中，η_r是光电探测器量子效率，P_t是发送功率，R_b是数据传输速率，N₀是噪声功率谱密度，L是源到中继节点间的路径损耗。

其次，根据通信双方的通信协议及通信环境参数，结合式(1)和式(2)的仿真分析，选择误码率性能较好的信噪比范围。

最后，根据上述选择的信噪比范围，仿真分析此范围内的误码率、中断概率等的性能得到在此范围内的最佳接收信噪比门限值γ_th。

步骤2、源节点第一时隙广播信息到中继节点，通过将中继节点的接收信噪比与信噪比门限值γ_th进行比较，筛选出满足要求的中继节点作为中继待选节点3；

具体过程如下：假设有N个中继节点，分别标识为r₁,r₂,…,r_N，源节点即指挥车1第一时隙广播信息到每个中继节点，每个中继节点接收到信息并估计接收信噪比(i＝1,2,…,N)，然后并将与γ_th进行比较，若中继节点的接收信噪比则将该中继节点作为中继待选节点3放入译码集D(r)中，否则排除该中继节点。

步骤3、目的节点即目的车辆2在第二时隙接收译码集D(r)中的中继待选节点3发送的光子，并根据车队运行轨迹和速度，计算目的节点及目的车辆2接收的光子数概率p(m_i|n)的大小，然后对译码集D(r)中的中继待选节点3进行降序排列r₁,r₂,…,r_|D(r)|，|D(r)|表示译码集中元素个数。

假设在第一时隙译码集D(r)中的中继待选节点3从源节点即指挥车1接收相同的光子数n，则目的节点即目的车辆2从译码集D(r)中的每个中继待选节点3处接收m_i个光子数的概率为p(m_i|n)，具体计算公式为：

式(3)中，i＝1,2,…,|D(r)|，是单位光子数/bit/W，η是光子转换效率，是中继节点到目的节点的路径损耗，R_b是数据传输速率，h是普朗克常数，v是频率v＝c/λ，P_r是中继节点发射功率，是目的节点接收的噪声光子数的均值。

对译码集D(r)中的中继待选节点3通过下式进行降序排列：

式(4)中，i^*为p(m_i|n)取最大值时i的值，|D(r)|表示译码集中元素个数。

步骤4、源节点在目的节点对译码集D(r)中的中继待选节点3进行排序后的结果中选择最佳中继节点4，源节点在发送信息码元中加入选中的最佳中继节点ID号，完成信息转发；

当目的节点发生改变时，重复本发明的中继选择方法中的步骤，快速建立源节点与目的节点间的最佳通信链路。

本发明协作军车编队的无线紫外光隐秘通信的中继选择方法，指挥车根据由接收信噪比(SNR)门限值和目的车辆通过车队运行轨迹、速度估算接收光子数概率所建立的最佳中继选择算法，从自身通信覆盖范围内的中继节点中，选出通信质量最佳的中继节点，将作战任务信息转发到编队的目的车辆，实现指挥车和目的车辆之间的间接快速通信；另外，通过最佳中继节点进行信息的转发，可有效降低发射端的功率消耗，数据发送采用时分复用模式，可有效减少码间干扰，提高中继节点数据转发的正确率以及目的节点正确还原源信息的概率，进一步提高车队间的协作能力。

Claims (4)

1.协作军车编队的无线紫外光隐秘通信的中继选择方法，其特征在于，具体按照如下步骤实施：

步骤1、根据理论与仿真分析，确定中继待选节点的最佳接收信噪比门限值γ_th；

步骤2、源节点第一时隙广播信息到中继节点，通过将中继节点的接收信噪比与信噪比门限值γ_th进行比较，筛选出满足要求的中继节点作为中继待选节点；

步骤3、目的节点在第二时隙接收中继待选节点发送的光子，并根据车队运行轨迹和速度，计算目的节点在第二时隙接收到每个中继待选节点发送光子的光子数概率，然后根据该光子数概率对所有中继待选节点进行排序；

步骤4、源节点在目的节点对中继待选节点进行排序后的结果中选择最佳中继节点，源节点在发送信息码元中加入选中的最佳中继节点ID号，完成信息转发。

2.如权利要求1所述的协作军车编队的无线紫外光隐秘通信的中继选择方法，其特征在于，步骤2的具体过程如下：

假设有N个中继节点，分别标识为r₁,r₂,…,r_N，源节点即指挥车第一时隙广播信息到每个中继节点，每个中继节点接收到信息并估计接收信噪比 然后并将与γ_th进行比较，若中继节点的接收信噪比则将该中继节点作为中继待选节点放入译码集D(r)中，否则排除该中继节点。

3.如权利要求2所述的协作军车编队的无线紫外光隐秘通信的中继选择方法，其特征在于，步骤3中光子数概率的计算过程如下：

假设在第一时隙译码集D(r)中的中继待选节点从源节点接收相同的光子数n，则目的节点从译码集D(r)中的每个中继待选节点处接收m_i个光子数的概率为p(m_i|n)为：

式(3)中，i＝1,2,…,|D(r)|，是单位光子数/bit/W，η是光子转换效率，是中继节点到目的节点的路径损耗，R_b是数据传输速率，h是普朗克常数，v是频率v＝c/λ，P_r是中继节点发射功率，是目的节点接收的噪声光子数的均值。

4.如权利要求3所述的协作军车编队的无线紫外光隐秘通信的中继选择方法，其特征在于，步骤3中，对译码集D(r)中的中继待选节点通过下式进行降序排列：

式(4)中，i^*为p(m_i|n)取最大值时i的值，|D(r)|表示译码集中元素个数。