[发明专利]基于定向多波束天线的高机动自组网动态频率分配方法

说明书

本发明公开了一种基于定向多波束天线的高机动自组网动态频率分配方法，将可用的频率带宽依据最小带宽限制划分为N个频段F={fsubgt;1,/subgt;fsubgt;2,…,/subgt;fsubgt;n,…,/subgt;fsubgt;N‑1,/subgt;fsubgt;N/subgt;}，其中fsubgt;n/subgt;为第n个频段的中心频率序号；频率分配方法包括：1、节点i入网后生成其三维坐标(Xsubgt;i，/subgt;Ysubgt;i，/subgt;Zsubgt;i/subgt;)，通过定向多波束天线进行邻居发现并构建其邻居表；2、节点i为其各个邻居节点分配频率；3、节点i获取各邻居节点频率信息，判断是否存在频率复用，若存在，计算同频波束的方位角α，判断α是否小于等于干扰角度，若是，节点i随机选择复用频率邻居节点k下的波束进行频率调整。本发明降低了波束之间的干扰，保证了节点之间的通信质量。

技术领域

本发明涉及自组网资源分配技术领域，尤其涉及基于定向多波束天线的高机动自组网动态频率分配方法。

背景技术

自组织网络由节点的动态连接形成，每个节点之间都是平等的。节点既可以作为客户接收来自其他节点的消息，又可以作为信源向外发送消息，同时还可以作为路由节点进行中继和转发。

传统自组网进行数据收发时使用全向天线，这种天线覆盖面广，但针对特定方向上的有效功率却不大，容易造成功率浪费，还会给周围其他节点的通信带来干扰，降低网络容量和通信质量。随着天线技术的发展，定向天线应用于自组网网络中，极大地提高了网络容量，减少了干扰问题，提高了安全性，并增大了通信距离。利用高增益定向天线进行空中高机动节点的无线自组网，可以提升空中节点的隐身能力、抗截获能力、抗干扰能力，并通过天线波束的高增益提升节点间的通信速率。

在任何无线网络中，频率分配都是一个至关重要的问题。频率资源分配主要目标是充分有效地利用频谱资源，降低链路之间干扰。从网络的结构上，根据系统中是否存在动态频谱管理的中心控制实体，频率资源分配方式可以分为集中式和分布式。集中式频率分配，由基站或者网络接入点构成的中心实体控制频谱的分配和接入过程，并且汇集网络中的每个节点感测到的频谱信息，再将频谱的分配映射图传输给各个节点。分布式频谱分配，不需要中心基础架构，在不能构建集中式结构的场合中，每个次级用户根据局部的频谱策略进行频谱分配和接入。在无中心移动自组网中，应采用分布式频率资源分配。

在频率资源的分配方案中，通常需要考虑：1、通信链路两端收发节点所分配的频率资源匹配；2、用于高机动自组织网络的频谱资源是固定的，并且频谱资源有限，当波束覆盖区域重叠时，频率分配的调整；3、节点建链波束在一定方向角范围内使用不同频带，在保持网络节点之间连通的情况下，最小化节点间的干扰。

在高机动自组网频率分配方面，移动Ad-hoc网络中无线跳频频率资源分配机制研究[J].通信技术,2019,52(03):646-652.古稀林,王超,冯志先,姜永广.以移动Ad-hoc网络中无线跳频频率资源规划为研究背景，针对组网场景复杂多变、多频表混合使用、频表中频点数量不统一、子网间存在频率间隔要求等问题，基于网络拓扑抽象出三种基本组网场景，并定义节点集、子网集、组网集，实现对复杂组网场景统一描述，在此基础上，构建频率规划求解模型，实现多节点、多子网、多频表资源协同规划，降低了频率资源统筹规划难度，提升了频率规划效率；并且从理论上回答了在给定频率资源和约束条件下，能否为网络拓扑中所有子网分配出频率资源的问题。