[发明专利]基于分层网络架构的无人机蜂群认知组网信道交汇方法

权利要求书

1.一种基于分层网络架构的无人机蜂群认知组网信道交汇方法，其特征在于，无人机蜂群节点在开机后进行信道感知，分别形成微蜂窝上行可用信道集合和微蜂窝下行可用信道集合，并在微蜂窝簇首选举出来后，在簇首端形成宏蜂窝可用信道集合，包括以下步骤：

步骤1：使用最小标号信道策略，进行微蜂窝初始建网上下行信道选择；

步骤2：微蜂窝节点上行信道迁移：当上行工作信道不可用时，上行信道切换过程由簇首下发；

步骤3：微蜂窝节点下行信道迁移：当下行工作信道不可用时，簇首和成员各自感知分别完成下行信道的切换；

步骤4：使用基于跳频的信道交汇策略，完成宏蜂窝节点信道交汇。

2.根据权利要求1所述的基于分层网络架构的无人机蜂群认知组网信道交汇方法，其特征在于，整个无人机蜂群采用分级的网络体系结构，通过宏蜂窝-微蜂窝的两层体系，将无人蜂群网络划分为相互连通的能够覆盖所有节点的多个微蜂窝结构，距离超过设定值的微蜂窝通过上层宏蜂窝连通，并且在网络拓扑发生变化时更新宏-微蜂窝结构；

无人机蜂群节点开机后首先进行频谱感知，在一段频谱资源上以信道为单位进行感知，感知完成后在本地形成各自的可用信道集；各蜂群节点在各自的可用信道集上尝试与其它节点之间建立通信链路的过程称为交汇，交汇完成的条件是所有或者部分用户的收发机在同一时隙处于同一可用信道上，节点彼此之间实现互通；

将微蜂窝区域建模为对称网络场景，即微蜂窝内所有无人机节点感知得到结果都是一样的；将宏蜂窝网络区域建模为非对称网络场景，即所有无人机节点感知得到的结果不一定是相同的，但至少包含一条公共的可用信道；针对对称网络场景和非对称网络场景分别采取不同的信道交汇策略，对称网络场景采取最小标号信道策略，非对称网络场景采取基于跳频的信道交汇策略。

3.根据权利要求2所述的基于分层网络架构的无人机蜂群认知组网信道交汇方法，其特征在于，所述最小标号信道策略，具体如下：

假设对称网络区域下用户集合为N＝{u₁,...,u_N}，每个用户的可用信道集合均为C＝{c₁,...,c_M}；

网络区域中各节点周期性的独立感知可用信道情况，各时间点每个用户所具备的可用信道集合一致，采用先开机先决定的信道决策规则，即每个节点完成信道感知后均不发送任何消息，而是在可用信道列表上轮询听，如果听不到任何信息，则认为本节点为第一个开机节点，此时该节点从可用信道列表中选择信道标号最小的那条信道进行hello邻居信息发送；否则，节点在一个信道听到有hello消息，那么该节点默认完成与该信道的交汇，开始进行邻居信息发送。

4.根据权利要求2或3所述的基于分层网络架构的无人机蜂群认知组网信道交汇方法，其特征在于，所述基于跳频的信道交汇策略，针对非对称网络场景，每个节点感知到的信道不完全相同，但所有节点至少包含一个公共信道；所有节点均具备一发一收全双工信道；各节点分别在各自的可用信道集上进行跳频发送，接收端在可用信道集上轮流接收，信道交汇机制如下：

第一步：节点间信息两两交互

每个节点有一个收端一直处于接收状态，接收信道在全局信道集上轮询侦听，每个信道上停留的时间为全局信道数量的时隙数，而每个节点的发射端在自己可用信道集上轮流发送信道交汇信息，在每个信道上的占用时间为一个时隙；

第二步：邻居可用信道集信息存储

实现交互的每个节点会在本地维护一张邻居信道信息表，表中存储侦听到的邻居节点的可用信道ID及其打分；跳频过程执行N次，使得开机的每个节点都能两两交互至少一次；

第三步：交互停止

交互过程结束的条件为：本地维护的邻居信息表中，在设定时间内不再增加新的邻居，当每个邻居的最高打分信道相同的邻居数量大于等于设定值n_neighbor，且该信道存在于本节点可用信道集中时，确定该最高打分信道为最终工作信道，各节点将收发机频率调整到该信道上。