一种基于网络环境感知的自组网时频资源管理方法

1.本发明涉及一种基于网络环境感知的自组网时频资源管理方法，属于无线自组织网络通信技术领域。


背景技术：

2.在自组织网络中，通常会存在多个节点进行信息交互，为使得多个节点间的信息交互互相不干扰，需要对系统做资源分配，对于自组织网络常用的便是对时域和频域资源进行相对应的处理，像是fdd(frequency division duplex)、tdd(time division duplex)、跳时跳频。fdd系统将上行和下行链路通过不同的频点进行区隔，频点上的隔离可以很简单地通过滤波器和上下变频实现对不同节点信号的提取；tdd系统将不同节点的发射和接收时间相区隔，时间上的区隔可以通过同一时间基准点准确地获取来自不同节点的信息；跳时跳频系统将单帧数据划分为很多个小的脉冲，不同脉冲间的时间间隔和使用的载波频率不同，通过碰撞恢复可以实现不同节点间的信息交互。
3.(1)跳时跳频系统：在跳时系统中，节点根据跳时序列控制信号的发射时刻，将跳时的最小刻度理解为时隙，跳时系统可以认为是时分系统。在跳频系统中，节点根据跳频序列控制发射信号的载波频率，使得其在固定的频带范围内实现频率跳变，接收端根据相同的跳频序列实现发射信号的捕获接收。跳时跳频系统将跳时和跳频相结合，将一维的时域或者频域资源转换为二维的时频资源，可以更有效的利用网络资源。跳时跳频系统中，跳时跳频图案根据准则进行初始化构造，像是基于m序列、rs码、bent序列、基于素数序列族、基于牙序列等等方式。跳时跳频图案的构造往往只考虑自身图案的自相关特性以及不同图案之间的互相关特性，生成之后一般都会固定不变，对于不同的网络拓扑和吞吐量，会出现单个频点或者多个频点的吞吐量占比过大，频谱资源往部分频点倾斜的现象。
4.将跳时跳频与rodd(rapid on-off division duplex)系统相结合可以实现虚拟全双工系统，将单帧信号拆分成多个短时突发脉冲，每个脉冲之间的发射间隔由跳时序列控制，载波频率由跳频序列控制。发射突发脉冲期间将接收信号进行擦除，不发射信号时进行接收信号的监听，通过信道编译码从碰撞损失的接收信号中恢复出原始的数据帧。若碰撞擦除占比超出了信道编译码的纠错能力，会造成误包、丢包的现象。
5.(2)fdd-tdd混合系统：fdd通过频点的隔离实现信号之间的不干扰，tdd通过发射接收时间上的隔离区分不同节点之间的信号，fdd-tdd混合系统将其相结合，从时间和频点二维维度上对资源进行分配，不同的时间和频点上只进行单个信号的发射，其资源管理可以分为两类：
6.基于内容感知的资源管理：基于内容感知的资源管理采用“区分服务”策略，按照优先级来分配资源和服务质量，当优先级高的用户进行服务请求时，若此时网络负载重，会对优先级较低或者特定的流量用户降低服务质量，给予优先级高的用户较好的服务质量和资源分配。此类资源管理往往基于用户性质和内容性质进行不同质量的服务供给。
7.基于频谱感知的资源管理：基于频谱感知的资源管理往往应用于无线传感器网络
中，分为频谱感知和频谱分配两部分内容。传感器通过频谱感知检测当前频谱使用情况，利用空闲频谱或者机会性地使用授权频谱进行信息交互。频谱分配可以分为静态频谱分配和动态频谱分配，静态频谱分配固定地给授权用户分配时频资源，即使授权用户未使用当前时频资源，也不可分配给其它用户使用；动态频谱分配基于图着色模型、博弈论模型、马尔科夫模型或者深度学习相关算法动态分配时频资源，对于网络环境进行自适应性调整。
8.现有的时频资源管理方案主要存在以下几点不足：
9.第一、对于跳时跳频结合rodd的系统而言，随机产生的跳时跳频图案往往只考虑了单个图案的自相关特性以及不同跳时跳频图案之间的互相关特性。鉴于其随机性，会出现单个频点或者多个频点占据整体信息量的大部分的现象。对于虚拟全双工系统而言，被擦除的信号分为两部分内容。一部分信号被擦除是由于与目标节点发射信号同时同频发射，节点接收到的己端产生的发射信号功率远远大于监听到的目标信号功率，在rodd系统下，节点为了将发射和接收时间区隔开，发射信号时需要将接收信号擦除；另一部分是由于有多个节点同时同频发射信号，目标节点在同时同频处接收到来自不同节点的信号，信号的分离需要在功率域上进行处理，导致信号处理复杂度提高，为了简单化处理，将碰撞的信号进行擦除。若出现单个频点内信号量过大的现象，会导致信号碰撞概率增加，误包丢包率也会随之增加。
10.第二，对于fdd系统而言，频谱利用效率较低，无法充分利用频谱资源。对于tdd系统而言，时隙的存在会带来高延时，需要等待对应的时隙到来才能进行信号的发射。对于fdd-tdd混合系统，若静态分配资源，既会带来高延时，又会使得频谱利用率较低；动态分配资源可以适当地优化时频资源利用效率，但是分布式网络和深度学习的使用也提高了计算复杂度，并不适合于目前的自组织网络。


技术实现要素：

11.本发明的目的在于克服现有的时频资源管理方案的上述缺点，提供一种基于网络环境感知的自组网时频资源管理方法，该方法基于rodd系统，发射和接收处理相分隔开，前期根据节点的吞吐量需求设计对应的跳时跳频图案，选取图案使得当前目标网络内频谱资源离散化，各个频点内的信息量保持相对均衡，当出现新的节点加入网络时，作网络环境感知，去除掉环境中干扰的影响，测量各个频点的占空比，估计新加节点的吞吐量，从前期构建的库中选出跳时跳频图案使得各个频点内的信息量依旧保持相对均衡，使得资源分布相对合理，减少由于资源分配带来的误包丢包问题，使得网络中各个节点通信保持相对稳定。
12.本发明的上述目的主要是通过以下技术方案实现的：
13.一种基于网络环境感知的自组网时频资源管理方法，该方法的步骤包括：
14.第一步，以预期网络拓扑中心位置的节点作为中心节点，初始化中心节点的跳时跳频图案；
15.第二步，根据第一步初始化后中心节点的跳时跳频图案，构建适用于预期网络拓扑中其他节点的跳时跳频图案，形成包括中心节点的跳时跳频图案和其他节点的跳时跳频图案的跳时跳频图案库；
16.第三步，基于预期网络拓扑和相邻节点的网络吞吐量从第二步得到的跳时跳频图案库中选择跳时跳频图案，使得吞吐量在各个频点的分布保持相对均衡；
17.第四步，利用短时快速傅里叶变换求得不同时刻各个频点的信号功率，去除网络环境中干扰信号的影响，计算得到当前环境下各个频点内接收信号量的占空比；
18.第五步，当存在新节点加入拓扑网络时，基于第四步得到的当前环境下各个频点内接收信号量的占空比，考虑其加入网络后对相邻节点造成的影响，从第二步中得到的跳时跳频库中选择跳时跳频图案使得新加入节点以及与其相邻的节点的吞吐量在各个频点依旧保持相对均衡。
19.所述跳时跳频图案中，设单帧数据中包含n个脉冲，单个脉冲的长度记为l
pulse
，其占空比为dc，单帧数据的长度为将单帧数据的发射时间分成n个区间，每个区间的长度为单个脉冲的长度都落在一个区间的范围内，脉冲n的跳时序列记为tn，其表示脉冲n在对应区间的起始位置，范围为节点a的跳时图案记为ta＝{t1,t2,...,tn}，设可使用的频点数为m，频点库记为f
lib
＝{f
lib_1
,f
lib_2
,...,f
lib_m
}，脉冲n的跳频序列记为fn∈f
lib
，节点a的跳频图案记为fa＝{f1,f2,...,fn}，脉冲n的跳时跳频序列记为hn＝{tn,fn}，节点a的跳时跳频图案记为ha＝{h1,h2,...,hn}；
20.所述第一步中，初始化中心节点的跳时跳频图案时，每个节点的跳时序列固定，为保持每个脉冲之间的间隔相同，若脉冲数n小于等于频点数m，每个脉冲的载波频率随机从频点库中挑选不重复的频点；若脉冲数n大于频点数m，重复遍历频点库；
21.所述第二步中，构建跳时跳频图案库第一层的方法为：将中心节点的编号记为1，对跳频图案进行循环互相关计算，循环过程中频点相同的点的数量最大值记为p
max
，遍历寻找p
max
＝2的图案，集合xcorr2初始只含有f1，假设节点a的跳频图案满足p
max
＝2，加入集合xcorr2，得到xcorr2＝xcorr2∪{fa}，第一次遍历完成之后，将xcorr2中的跳频图案进行互相关，其中与第一个图案互相关的结果p
max
≤2的图案加入二级集合xcorr
21
，xcorr2集合中的元素数量记为l2＝|xcorr2|，看l2个集合中各个跳频图案出现的次数，从大到小依次排序，最多的次数记为threshold，寻找出现次数r≥threshold的跳频图案，若未出现threshold+1个图案都互相出现在其各自的二级集合xcorr
2i
中，将threshold值降低，继续寻找；若出现threshold+1个图案都互相出现在其各自的二级集合xcorr
2i
中，将这threshold+1个跳频图案选出，组成第一层的跳频图案，对应的跳时图案随机生成，保证不同脉冲之间的相对位置不同即可；
22.以上层的图案作为原始库，寻找出与其循环互相关结果p
max
小于等于各层层数减一的图案，构建下层图案库。
23.所述第三步中，选择跳时跳频图案的方法为：节点a在单位时间内发射的数据量记为traffica，假设第一层的库中具备r1个图案，若r1≥28，则只需要第一层的图案即可；若r1《28，则将第一层和二层的图案组合；若r1+r2≥28，选择第一层和第二层的图案作为库；若依旧不满足，依次加入下层的库，类似地进行比较，最终选出基础的库供节点选择，为了有效利用图案，节点选择的图案只需要与其相邻两层的节点保持不同即可，节点a选择的图案在
频点m的占比记为duty
am
，以节点1为例，其与相邻节点在频点1的流量总和如式(1)：
[0024][0025]
节点1在各个频点的流量分布的均值和方差如式(2)和式(3)：
[0026][0027][0028]
拓扑中所有节点的方差之和如式(4)：
[0029][0030]
从库中遍历选择跳时跳频图案，选出使得traffic_var
sum
最小的一组，作为静态拓扑的初始跳时跳频图案；
[0031]
所述第五步中，选择新加入节点的跳时跳频图案的方法为：找到新加入节点的相邻节点，测量得到新加入节点与其相邻节点接收到的各频点的信号占空比，即单位时间接收到的的信息量，节点a在频点m接收到的信息量记为traffic_detect
am
，节点a在频点m的吞吐量总和如式(6)：
[0032]
traffic_sum
am
＝traffic_detect
am
+trafficaduty
am
ꢀꢀ
(6)
[0033]
节点a在各个频点的流量分布的均值和方差如式(7)和式(8)：
[0034][0035][0036]
遍历库中的图案，选出图案使得新加入节点与其相邻节点的流量分布方差之和最小。
[0037]
本发明与现有技术相比的有益效果是：
[0038]
(1)本发明基于rodd系统实现虚拟全双工网络，单帧数据的发送延时小，对于时频资源具有较好的利用效率。对于整帧层面，数据的收发为全双工，简化了上层设计，提高了吞吐量，使得网络通信更加地稳定高效。
[0039]
(2)本发明在进行跳时跳频图案选择时，基于前期的静态网络拓扑和后期的网络动态变化进行不同的处理，可以有效地面对网络中的不同设计需求。基于网络吞吐量在频点上分配均衡化的设计也使得资源分配效率更高，减少由于碰撞占比过高带来的误包、丢包现象出现。
[0040]
(3)本发明在满足跳时跳频图案互相关特性较好的条件下，在前期静态网络规划和新节点加入的动态网络变化情况下都尽量使得各个频点内的吞吐量保持相对均衡，在虚拟全双工系统下，减小碰撞带来的擦除比例，从而降低由资源分配不均衡带来的误包丢包比例。具体分为三部分内容：
[0041]
1、跳时跳频图案库的构建：使得单个脉冲序列在固定区间内实现跳时，避免对其
它区间的脉冲序列照成影响，将跳时跳频图案的互相关特性简化为跳频图案的互相关特性，跳时序列起到一定的减少跳时跳频图案碰撞占比的作用，保证不同脉冲的相对位置不同。按照跳频图案的互相关特性将图案划分为不同层级，有利于更有效地利用频谱资源，同时在节点数较少的情况下可以有较好的通信质量。
[0042]
2、网络环境感知：网络环境感知基于stft，通过前期噪声环境估计噪声功率，乘以对应的系数得到门限，与门限作比较判决是否为信号。同时根据信号特征，出现单频段连续的信号或者宽带信号，将信号擦除，利用面积占比得到占空比。
[0043]
3、跳时跳频图案选择：跳时跳频图案选择分为两种情况，前期静态拓扑下和后期新节点加入网络情况下。在静态拓扑下，选择图案使得单个节点在各个频点的吞吐量分布的方差最小，考虑整个网络的影响，遍历寻找出对应的最优解。后期新节点加入网络的情况下，先通过网络环境感知，得到新节点与其相邻节点的吞吐量，考虑新节点一跳情况下的网络内的节点，选择跳时跳频图案使得网络内节点的吞吐量在各个频点的分布的方差最小。
附图说明
[0044]
图1为本发明的方法流程示意图；
[0045]
图2为跳时跳频图案示意图；
[0046]
图3为循环互相关流程示意图；
[0047]
图4为网络拓扑示意图；
[0048]
图5为瀑布图；
[0049]
图6为新节点加入后的网络拓扑图。
具体实施方式
[0050]
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0051]
实施例
[0052]
本发明的流程图如图1所示，下面根据流程对本发明的具体实现方案进行详细阐述，流程主要分为两部分内容：网络静态规划和网络动态变化。网络静态规划基于前期已知的网络拓扑和节点的吞吐量构建静态的跳时跳频图案分配，使得各个节点与相邻节点交互的信息量在各个频点内分布相对均衡。网络动态变化处理新的节点加入当前网络的情况，基于网络环境感知，监测新加入节点以及与其相邻的节点接收到的来自各个频点的信息量，已知当前节点估计的吞吐量，从跳时跳频图案库中选择图案使得信息量在各个频点的分布依旧保持相对均衡。
[0053]
(1)网络静态规划：
[0054]
1、初始化中心节点的跳时跳频图案；
[0055]
前期构建网络时，选择预期拓扑中相对中心位置的节点作为中心节点，初始化其跳时跳频图案。
[0056]
跳时跳频图案示意图如图2所示，假设单帧数据中包含n个脉冲，单个脉冲的长度记为l
pulse
，其占空比为dc，单帧数据的长度为将单帧数据的发射时间分成n个区间，
每个区间的长度为单个脉冲的长度都落在一个区间的范围内。脉冲n的跳时序列记为tn，其表示脉冲n在区间n的起始位置，范围为节点a的跳时图案记为ta＝{t1,t2,...,tn}。假设可使用的频点数为m，频点库记为f
lib
＝{f
lib_1
,f
lib_2
,...,f
lib_m
}，脉冲n的跳频序列记为fn∈f
lib
，节点a的跳频图案记为fa＝{f1,f2,...,fn}。脉冲n的跳时跳频序列记为hn＝{tn,fn}，节点a的跳时跳频图案记为ha＝{h1,h2,...,hn}。
[0057]
中心节点图案初始化时，每个节点的跳时序列固定，为保持每个脉冲之间的间隔相同，若脉冲数n小于等于频点数m，每个脉冲的载波频率随机从频点库中挑选不重复的频点；若脉冲数n大于频点数m，重复遍历频点库。
[0058]
2、构建跳时跳频图案库：
[0059]
依靠遍历按照互相关特性将图案分成多层。
[0060]
将中心节点的编号记为1，跳频图案循环互相关如图3所示，方框内的频点相同，循环过程中频点相同的点的数量最大值记为p
max
，遍历寻找p
max
＝2的图案，集合xcorr2初始只含有f1，假设节点a的跳频图案满足p
max
＝2，加入集合xcorr2，得到xcorr2＝xcorr2∪{fa}。第一次遍历完成之后，将xcorr2中的跳频图案进行互相关，其中与第一个图案互相关的结果p
max
≤2的图案加入二级集合xcorr
21
，xcorr2集合中的元素数量记为l2＝|xcorr2|，看l2个集合中各个跳频图案出现的次数，从大到小依次排序，最多的次数记为threshold，寻找出现次数r≥threshold的跳频图案，若未出现threshold+1个图案都互相出现在其各自的二级集合xcorr
2i
中，将threshold值降低，继续寻找；若出现threshold+1个图案都互相出现在其各自的二级集合xcorr
2i
中，将这threshold+1个跳频图案选出，组成第一层的跳频图案，对应的跳时图案随机生成，保证不同脉冲之间的相对位置不同即可。
[0061]
类似地，以上层的图案作为原始库，寻找出与其循环互相关结果p
max
小于等于各层层数减一的图案，构建下层图案库。
[0062]
3、前期静态网络规划
[0063]
已知前期静态网络拓扑和各个节点的吞吐量，按照与中心节点的跳数划分多层网络，网络拓扑示意图如图4所示。
[0064]
节点a在单位时间内发射的数据量记为traffica，以图4中的网络拓扑为例，介绍前期的跳时跳频图案选择。图4中一共有15个节点，除去中心节点为14个节点，为了使得跳时跳时图案的选择具备一定的灵活度，至少需要提供节点数的两倍的图案空间选择，即28个图案，假设第一层的库中具备r1个图案，若r1≥28，则只需要第一层的图案即可；若r1《28，则将第一层和二层的图案组合；若r1+r2≥28，选择第一层和第二层的图案作为库；若依旧不满足，依次加入下层的库，类似地进行比较，最终选出基础的库供节点选择。为了有效利用图案，节点选择的图案只需要与其相邻两层的节点保持不同即可。节点a选择的图案在频点m的占比记为duty
am
，以节点1为例，其与相邻节点在频点1的流量总和如式(1)：
[0065]
[0066]
节点1在各个频点的流量分布的均值和方差如式(2)和式(3)：
[0067][0068][0069]
拓扑中所有节点的方差之和如式(4)：
[0070][0071]
从库中遍历选择跳时跳频图案，选出使得traffic_var
sum
最小的一组，作为静态拓扑的初始跳时跳频图案。
[0072]
(2)网络动态变化
[0073]
1、网络环境感知
[0074]
网络环境感知基于短时傅里叶变换，通过前期纯噪声环境下累积求平均得到噪声功率，将其乘以门限系数作为信号门限值，如式(5)：
[0075][0076]
式(5)中，t
ratio
为门限系数，为求平均得到的噪声均值。
[0077]
利用stft(short time fourier transform)求得不同时刻各个频点的信号功率，画出的瀑布图如图5所示。
[0078]
图5为stft运算后得到的瀑布图，纵轴表示频率，横轴表示时间，颜色表示信号强度，从蓝色到黄色，信号强度逐级上升。中间区域框内的黄色区域表示存在脉冲信号，在不同频点和时间进行跳变。信道环境中的干扰考虑两类，一类是短时的宽带干扰，表现为大带宽内连续出现信号强度高的信号；另外一类为长时间的固定频段内的干扰，表现为固定频段内出现长时间的强信号。需要将两类干扰的影响去除，做网络环境感知时，若信号强度大于门限t
threshold
，判定为信号，若小于门限，判定为噪声。若出现宽带内的强信号，判定为第一类的干扰，将对应区域内的信号去除，若出现连续的单频段内强信号，判断为第二类干扰，将对应的区域内的信号去除。最终计算对应频点的信号带宽内判定为信号的面积占据总的面积的比例，得到占空比。
[0079]
2、图案选择
[0080]
当存在新节点加入网络时，基于网络环境感知，测量当前环境下各个频点内信号占空比，考虑其加入网络后对相邻节点照成的影响，图案选择使得新加入节点以及与其相邻的节点的吞吐量在各个频点依旧保持相对均衡。图6为新节点加入后的网络拓扑图，以图6的拓扑作为例子对图案选择过程进行详细说明。
[0081]
首先，找到新加入节点的相邻节点，图6中为节点7和15。测量得到新加入节点与其相邻节点接收到的各频点的信号占空比，即单位时间接收到的的信息量，节点a在频点m接收到的信息量记为traffic_detect
am
。节点a在频点m的吞吐量总和如式(6)：
[0082]
traffic_sum
am
＝traffic_detect
am
+trafficaduty
am
ꢀꢀ
(6)
[0083]
节点a在各个频点的流量分布的均值和方差如式(7)和式(8)：
[0084][0085][0086]
遍历库中的图案，选出图案使得新加入节点与其相邻节点的流量分布方差之和最小。
[0087]
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于网络环境感知的自组网时频资源管理方法，其特征在于该方法的步骤包括：第一步，以预期网络拓扑中心位置的节点作为中心节点，初始化中心节点的跳时跳频图案；第二步，根据第一步初始化后中心节点的跳时跳频图案，构建适用于预期网络拓扑中其他节点的跳时跳频图案，形成包括中心节点的跳时跳频图案和其他节点的跳时跳频图案的跳时跳频图案库；第三步，基于预期网络拓扑和相邻节点的网络吞吐量从第二步得到的跳时跳频图案库中选择跳时跳频图案，使得吞吐量在各个频点的分布保持相对均衡；第四步，计算不同时刻各个频点的信号功率，根据计算得到的信号功率去除网络环境中的干扰信号，并计算当前环境下去除了干扰信号后的各个频点内接收信号量的占空比；第五步，当存在新节点加入拓扑网络时，基于第四步得到的当前环境下各个频点内接收信号量的占空比，从第二步中得到的跳时跳频库中选择跳时跳频图案使得新加入节点以及与新加入的节点相邻的节点的吞吐量在各个频点依旧保持相对均衡。2.根据权利要求1所述的一种基于网络环境感知的自组网时频资源管理方法，其特征在于：所述跳时跳频图案中，设单帧数据中包含n个脉冲，单个脉冲的长度记为l
pulse
，其占空比为dc，单帧数据的长度为将单帧数据的发射时间分成n个区间，每个区间的长度为单个脉冲的长度都落在一个区间的范围内，脉冲n的跳时序列记为t
n
，其表示脉冲n在对应区间的起始位置，范围为节点a的跳时图案记为t
a
＝{t1,t2,...,t
n
}，设可使用的频点数为m，频点库记为f
lib
＝{f
lib_1
,f
lib_2
,...,f
lib_m
}，脉冲n的跳频序列记为f
n
∈f
lib
，节点a的跳频图案记为f
a
＝{f1,f2,...,f
n
}，脉冲n的跳时跳频序列记为h
n
＝{t
n
,f
n
}，节点a的跳时跳频图案记为h
a
＝{h1,h2,...,h
n
}。3.根据权利要求2所述的一种基于网络环境感知的自组网时频资源管理方法，其特征在于：所述第一步中，初始化中心节点的跳时跳频图案时，每个节点的跳时序列固定，为保持每个脉冲之间的间隔相同，若脉冲数n小于等于频点数m，每个脉冲的载波频率随机从频点库中挑选不重复的频点；若脉冲数n大于频点数m，重复遍历频点库。4.根据权利要求1或2所述的一种基于网络环境感知的自组网时频资源管理方法，其特征在于：所述第二步中，构建的跳时跳频图案库分为多层，其中第一层构建方法为：将中心节点的编号记为1，对跳频图案进行循环互相关计算，循环过程中频点相同的点的数量最大值记为p
max
，遍历寻找p
max
＝2的图案，集合xcorr2初始只含有f1，假设节点a的跳频图案满足p
max
＝2，加入集合xcorr2，得到xcorr2＝xcorr2∪{f
a
}，第一次遍历完成之后，将xcorr2中的跳频图
案进行互相关，其中与第一个图案互相关的结果p
max
≤2的图案加入二级集合xcorr
21
，xcorr2集合中的元素数量记为l2＝|xcorr2|，看l2个集合中各个跳频图案出现的次数，从大到小依次排序，最多的次数记为threshold，寻找出现次数r≥threshold的跳频图案，若未出现threshold+1个图案都互相出现在其各自的二级集合xcorr
2i
中，将threshold值降低，继续寻找；若出现threshold+1个图案都互相出现在其各自的二级集合xcorr
2i
中，将这threshold+1个跳频图案选出，组成第一层的跳频图案，对应的跳时图案随机生成，保证不同脉冲之间的相对位置不同即可；以上层的图案作为原始库，寻找出与其循环互相关结果p
max
小于等于各层层数减一的图案，构建下层图案库。5.根据权利要求1所述的一种基于网络环境感知的自组网时频资源管理方法，其特征在于：所述第三步中，选择跳时跳频图案的方法为：节点a在单位时间内发射的数据量记为traffic
a
，假设网络中节点数量为b
net
，与节点a相邻的节点数量记为b
a
，节点a相邻的节点序号集合记为q
a
，第h层的跳时跳频库中的跳时跳频图案数量记为r
h
，若r1≥2(b
net-1)，则只需要第一层的图案即可；若r1<2(b
net-1)，则将第一层和二层的图案组合；若r1+r2≥2(b
net-1)，选择第一层和第二层的图案作为库；若依旧不满足，依次加入下层的库，类似地进行比较，最终选出基础的跳时跳频图案库供节点选择，为了有效利用图案，节点选择的图案只需要与其相邻两层的节点保持不同即可，节点a选择的图案在频点m的占比记为duty
am
，节点a与相邻节点在频点m的流量总和如式(1)：节点a在各个频点的流量分布的均值和方差如式(2)和式(3)：节点a在各个频点的流量分布的均值和方差如式(2)和式(3)：拓扑中所有节点的方差之和如式(4)：从库中遍历选择跳时跳频图案，选出使得traffic_var
sum
最小的一组，作为静态拓扑的初始跳时跳频图案。6.根据权利要求1所述的一种基于网络环境感知的自组网时频资源管理方法，其特征在于：所述第四步中，利用短时快速傅里叶变换求得不同时刻各个频点的信号功率。7.根据权利要求1所述的一种基于网络环境感知的自组网时频资源管理方法，其特征在于：所述第五步中，选择新加入节点的跳时跳频图案的方法为：找到新加入节点的相邻节点，测量得到新加入节点与其相邻节点接收到的各频点的信号占空比，即单位时间接收到的信息量，节点a在频点m接收到的信息量记为traffic_detect
am
，节点a在频点m的吞吐量总
和如式(6)：traffic_sum
am
＝traffic_detect
am
+traffic
a
duty
am (6)节点a在各个频点的流量分布的均值和方差如式(7)和式(8)：节点a在各个频点的流量分布的均值和方差如式(7)和式(8)：遍历库中的图案，选出图案使得新加入节点与其相邻节点的流量分布方差之和最小。

技术总结
本发明涉及一种基于网络环境感知的自组网时频资源管理方法，属于无线自组织网络通信技术领域。该方法基于RODD系统，发射和接收处理相分隔开，前期根据节点的吞吐量需求设计对应的跳时跳频图案，选取图案使得当前目标网络内频谱资源离散化，各个频点内的信息量保持相对均衡，当出现新的节点加入网络时，作网络环境感知，去除掉环境中干扰的影响，测量各个频点的占空比，估计新加节点的吞吐量，从前期构建的库中选出跳时跳频图案使得各个频点内的信息量依旧保持相对均衡，使得资源分布相对合理，减少由于资源分配带来的误包丢包问题，使得网络中各个节点通信保持相对稳定。得网络中各个节点通信保持相对稳定。得网络中各个节点通信保持相对稳定。


技术研发人员：张钦 熊康华 李海 侯舒娟 武毅 闫士珍
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2023.04.06
技术公布日：2023/9/20