[发明专利]一种水下认知声学网络的频谱管理方法

说明书

本发明实施例提出的一种水下认知声学网络的频谱管理方法，由相邻接收机发起握手协议，发射机与相邻接收机建立连接后，发射机进行频谱感知区分水下认知声学网络的声信号和其他声学系统的声信号，根据频谱感知结果和发射机发送的处于工作状态的其他相邻接收机的频谱分配情况，相邻接收机生成适合发射机的频谱分配决策。通过上述方法实现了水声认知系统中的声学用户与其他声学系统以及人工声学系统高效友好地共享珍贵的频谱资源，提高了频谱利用率。

技术领域

本发明实施例涉及水声通信技术领域，具体涉及一种水下认知声学网络的频谱管理方法。

背景技术

目前大部分针对水声通信网络的研究都集中在单一网络场景，所有的用户都工作在这个网络中。实际上当同一片水域有多个声学系统同时存在时，水声环境会更加复杂。多个网络同时存在的水下声学环境，特点就是不同的用户会对频谱有很强烈的竞争。除竞争之外，由于能量随频率严重衰减，并且水下可获得的通信频率是非常有限的，通常是从数十赫兹到数百千赫兹。这两个因素就导致频谱在水下声学系统中十分短缺。然而珍贵的频谱资源仍然没有充分被利用：时间上没有被充分利用是因为声学系统的空闲、移动性；空间上没有被充分利用是因为声学系无法定向发送和接收。

有很多为认知无线电（CR）设计的频谱管理系统，由于以下三种原因无法应用于水声通信网络：水下声学独特的特点，如长传播时延、高度动态的信道冲击响应、低数据率；严重的声影区和信道衰落产生了额外的通信量；认知无线电网络不需要考虑其他生物的干扰，而在海洋中，人工系统和海洋哺乳动物都用声信号来进行通信。因此为认知无线电（CR）设计的频谱管理系统无法应用于水声通信网络。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种水下认知声学网络的频谱管理方法，应用于水下认知声学网络，所述水下认知声学网络包括接收机和发射机，所述频谱管理方法，包括：

发射机接收相邻的接收机发送的握手协议，与所述相邻的接收机建立连接；

所述发射机接收所述相邻接收机发送的频谱感知模式，并根据所述频谱感知模式进行本地频谱感知；

所述发射机将本地频谱感知结果、待发送的数据报文的数量以及处于工作状态的其他相邻接收机的频谱分配情况发送至所述相邻接收机；

所述发射机接收所述相邻接收机根据所述本地频谱感知结果、待发送的数据报文的数量以及处于工作状态的其他相邻接收机的频谱分配情况得到的频谱分配决策。

可选的，所述频谱分配决策包括：所述发射机向所述接收机发送数据报文所采用的数据信道、所述发射机向所述接收机发送数据报文的开始时间和结束时间。

可选的，所述方法还包括：

所述发射机根据所述频谱分配决策向所述相邻接收机发送数据报文。

可选的，所述发射机根据所述频谱分配决策向所述相邻接收机发送数据报文，之前，还包括：

所述发射机根据所述频谱分配决策生成避碰信息；

将所述避碰信息广播给其他相邻接收机。

可选的，所述发射机根据所述频谱分配决策向所述相邻接收机发送数据报文，之后，还包括：

所述发射机接收所述相邻接收机接收到所述数据报文后发送的应答信息。

可选的，所述发射机接收所述相邻接收机发送的频谱感知模式，并根据所述频谱感知模式进行本地频谱感知，包括：

根据所述频谱感知模式确定所述发射机感知的频率范围；

基于所述频率范围，采用预设的频谱感知神经网络模型对所述发射机接收的声信号进行频谱感知，区分所述水下认知声学网络的声信号和其他声学系统的声信号。