CN112637789A - Vhf、uhf段融合智能自组网方法 - Google Patents

Vhf、uhf段融合智能自组网方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种VHF、UHF段融合智能自组网方法，开机节点主动发起网控广播，成为组网节点；根据组网节点广播的时隙分配，子网节点进行UHF段邻居发现，并把邻居表通过VHF频段回复给组网节点，组网节点建立全网路由；中心节点代替组网节点，周期性的发布邻居列表维护时隙，在路由表中更新因各节点位置移动带来的路由变化；在形成的全网路由的基础上推举选择中心节点；中心节点计算出最大程度上满足数据传输需求的频谱分配图。本发明通过快速建立全网路由表，并对数据需求进行集中分配，避免了“泛洪”式转发和信道冲突，提升了网络效率。本发明使用独立的路由信道，提升了UHF信道的数据占比，提升了实际用户速率。

Description

VHF、UHF段融合智能自组网方法
技术领域
本发明涉及自组网电台领域，具体地，涉及一种VHF、UHF段融合智能自组网方法。
背景技术
在无线自组网应用中，因为节点的频繁移动，路由的建立跟维护开销较大，多采用按需路由算法，对于单个节点而言很难获得全网路由。实际应用中为实现高速传输多使用UHF频段，传输距离较近，这就导致对于覆盖范围大，子网节点多的自组网，需要依赖多跳转发来进行通信。
现役UHF频段自组网中，在多跳通信时网络节点对于目的节点不是自身的数据或路由请求会进行转发操作，同一段数据被转发的总次数与网络规模正相关，同时单个节点能够获得的网络资源与网络规模呈反比。因此，随着网络规模的上升，电台的组网变得愈发困难。
为了解决该问题，能达到较好的组网效果，根据无线电波各波段传播特点，设计VHF，UHF段融合智能自组网方案。由于UHF频段带宽较高传输速率快，但信道衰弱严重；VHF频段信道衰弱较低，传输距离远，抗电磁干扰能力强，但数据速率低，使用UHF段进行数据业务；使用VHF段进行网控信息传输。在实战环境下VHF频段的传播距离大于30km，在旅级战术自组网中，中心节点与子网节点能够使用VHF频段直接通信。中心节点可以快速获得全网节点UHF段邻居信息建立全网UHF段路由，有数据请求时根据全网路由选择数据通路，在数据包中加入路径信息，非路径节点不转发，有效的减少了无线自组网的转发数量。同时，VHF，UHF段融合自组网电台只需要经历一次UHF段邻居发现和VHF段邻居表广播就可以建立全网路由表，相较于使用传统无线路由(AODV，DSR)的UHF段电台，路由构建更快。相较于单一频段组网方式，VHF，UHF融合自组网方案中UHF频段只承担了邻居发现任务，对于UHF频段时隙占用更少，实际用户速率更高。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种VHF、UHF段融合智能自组网方法。
根据本发明提供的一种VHF、UHF段融合智能自组网方法，包括如下步骤：
组网节点建立步骤：开机节点主动发起网控广播，成为组网节点；
全网路由建立步骤：根据组网节点广播的时隙分配，子网节点进行UHF段邻居发现，并把邻居表通过VHF频段回复给组网节点，组网节点建立全网路由；
全网路由维护步骤：中心节点代替组网节点，周期性的发布邻居列表维护时隙，在路由表中更新因各节点位置移动带来的路由变化；
中心节点推举步骤：在形成的全网路由的基础上推举选择中心节点；
时频资源分配步骤：中心节点计算出最大程度上满足数据传输需求的频谱分配图。
优选地，所述时频资源分配步骤包括：
频谱感知表汇总步骤：中心节点汇总各个子网节点本地感知的频谱感知表；
生成步骤：中心节点根据所汇总的频谱感知表，计算生成子网节点间的频谱连接关系图；
计算步骤：中心节点根据需求，对频点进行复用，计算出最大程度上满足数据传输需求的频谱分配图。
优选地，中心节点根据到全网节点的跳数总和最少原则进行选择。
优选地，还包括组网节点选择步骤：
当在设定时间内收到多个组网节点发起的网控广播时，选择id最小的节点为组网节点。
优选地，所述全网路由建立步骤包括：
子网节点根据时隙分配在自身时隙使用定频UHF段广播hello报文，子网节点根据时隙分配的自身时隙使用定频UHF段广播hello回复报文；各子网节点根据侦听到的hello回复报文建立/维护U邻居表，认为U邻居表中的节点是本节点一跳可达的通信节点。
优选地，所述报文包括收到hello报文的id，误码率。
优选地，所述全网路由维护步骤包括：
子网节点根据时隙分配使用VHF频段向中心节点发送自身U邻居表，和频谱感知结果；中心节点根据接收到的U邻居表信息建立/维护全网路由表。
优选地，中心节点利用VHF频段闲置时间广播收到的邻居表，通过中心节点间的一跳转发扩大网络覆盖范围。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过引入传输距离较远的VHF频段，降低了全网网控信息转发次数，降低了路由开销。
2、本发明快速建立全网路由表，并对数据需求进行集中分配，避免了“泛洪”式转发和信道冲突，提升了网络效率。
3、本发明使用独立的路由信道，提升了UHF信道的数据占比，提升了实际用户速率。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为UHF、VHF频段时隙分配图；
图2为跳频复用组网示意图；
图3为中心节点推举示意图；
图4为节点子网划分示意图；
图5为智能时频资源分配算法实现示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1至图5所示，根据本发明提供的一种VHF、UHF段融合智能自组网方法，包括如下步骤：
步骤一：中心节点广播时隙分配。
步骤二：子网节点进行本地频谱感知。
步骤三：子网节点根据时隙分配在自身时隙使用定频UHF段广播hello报文。
步骤四：子网节点根据时隙分配的自身时隙使用定频UHF段广播hello回复报文(包含收到hello报文的id，误码率)
步骤五：各子网节点根据侦听到的hello回复报文建立和维护U邻居表，认为U邻居表中的节点是本节点一跳可达的通信节点。
步骤六：子网节点根据时隙分配使用VHF频段向中心节点发送自身U邻居表，和频谱感知结果。
步骤七：中心节点根据接收到的U邻居表信息建立/维护全网路由表。
步骤八：子网节点向中心节点发送数据请求。
步骤九：中心节点根据业务量、优先级、数据路径，频谱感知结果分配时隙和跳频表。
步骤十：用户数据传输：数据包中加入路径信息，多跳传输时，只有路径节点接收并转发。同时，中心节点可以利用VHF频段闲置时间广播收到的邻居表，通过中心节点间的一跳转发扩大网络覆盖范围。
更为进一步的，本发明的VHF，UHF段融合智能自组网方法包括VHF、UHF段融合路由组网步骤、智能中心节点推举步骤以及智能时频资源分配步骤，其中：
一、VHF，UHF段融合路由组网分为建立和维护，在网络系统刚刚启动时，不存在中心节点广播网控信息，开机节点在等待一段时间后主动发起网控广播，成为组网节点，如果在短时间内收到了两个组网节点发起的网控广播，以id较小的节点为组网节点。
根据组网节点广播的时隙分配，各子网节点进行UHF段邻居发现，并把邻居表通过VHF频段回复给组网节点，组网节点建立全网路由。
在维护阶段，由中心节点代替组网节点，周期性的发布邻居列表维护时隙，在路由表中更新因各节点位置移动带来的路由变化。
二、智能中心节点推举：考虑到各节点的空间分布，使用最初的组网节点作为中心节点对于网络的吞吐和资源消耗开销较大，同时为了更好的分配时频资源，对于节点较多的网络通常分为多个子网，因此，在形成全网路由的基础上，进行中心节点推举。根据到全网节点的跳数总和最少原则，选择中心节点。
如图3所示根据网络规模，推举两个中心节点，再根据到中心节点的距离，划分子网，划分结果如图4所示。
三、智能时频资源分配步骤包含以下3个步骤：
步骤一：中心节点汇总各个子网节点本地感知的频谱感知表。
步骤二：中心节点根据所汇聚的频谱感知表，计算生成子网节点间的频谱连接关系图。频谱连接关系图是认知节点间的频谱连接关系在所有频点感知维度上的叠加。若两个认知节点间在特定的频点上能够进行通信，频谱连接关系图上该节点间有且仅有一条表示该频点的边相连。因此，频谱感知连接图蕴含任意两个节点的通信频点候选集，可用于指导后续的频谱资源分配操作。
步骤三：中心节点根据实际业务需求，对频点进行一定程度上的复用，计算出最大程度上满足数据传输需求的频谱分配图。
本发明通过引入传输距离较远的VHF频段，降低了全网网控信息转发次数，降低了路由开销。通过快速建立全网路由表，并对数据需求进行集中分配，避免了“泛洪”式转发和信道冲突，提升了网络效率。本发明使用独立的路由信道，提升了UHF信道的数据占比，提升了实际用户速率。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种VHF、UHF段融合智能自组网方法，其特征在于，包括如下步骤：
组网节点建立步骤：开机节点主动发起网控广播，成为组网节点；
全网路由建立步骤：根据组网节点广播的时隙分配，子网节点进行UHF段邻居发现，并把邻居表通过VHF频段回复给组网节点，组网节点建立全网路由；
全网路由维护步骤：中心节点代替组网节点，周期性的发布邻居列表维护时隙，在路由表中更新因各节点位置移动带来的路由变化；
中心节点推举步骤：在形成的全网路由的基础上推举选择中心节点；
时频资源分配步骤：中心节点计算出最大程度上满足数据传输需求的频谱分配图。
2.根据权利要求1所述的VHF、UHF段融合智能自组网方法，其特征在于，所述时频资源分配步骤包括：
频谱感知表汇总步骤：中心节点汇总各个子网节点本地感知的频谱感知表；
生成步骤：中心节点根据所汇总的频谱感知表，计算生成子网节点间的频谱连接关系图；
计算步骤：中心节点根据需求，对频点进行复用，计算出最大程度上满足数据传输需求的频谱分配图。
3.根据权利要求1所述的VHF、UHF段融合智能自组网方法，其特征在于，中心节点根据到全网节点的跳数总和最少原则进行选择。
4.根据权利要求1所述的VHF、UHF段融合智能自组网方法，其特征在于，还包括组网节点选择步骤：
当在设定时间内收到多个组网节点发起的网控广播时，选择id最小的节点为组网节点。
5.根据权利要求1所述的VHF、UHF段融合智能自组网方法，其特征在于，所述全网路由建立步骤包括：
子网节点根据时隙分配在自身时隙使用定频UHF段广播hello报文，子网节点根据时隙分配的自身时隙使用定频UHF段广播hello回复报文；各子网节点根据侦听到的hello回复报文建立/维护U邻居表，认为U邻居表中的节点是本节点一跳可达的通信节点。
6.根据权利要求5所述的VHF、UHF段融合智能自组网方法，其特征在于，所述报文包括收到hello报文的id，误码率。
7.根据权利要求1所述的VHF、UHF段融合智能自组网方法，其特征在于，所述全网路由维护步骤包括：
子网节点根据时隙分配使用VHF频段向中心节点发送自身U邻居表，和频谱感知结果；中心节点根据接收到的U邻居表信息建立/维护全网路由表。
8.根据权利要求1所述的VHF、UHF段融合智能自组网方法，其特征在于，中心节点利用VHF频段闲置时间广播收到的邻居表，通过中心节点间的一跳转发扩大网络覆盖范围。
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