[發明專利]多波束自組織網絡信道接入控制方法

有效

• 申請號: 201811263200.0
• 申請日: 2018-10-28
• 公開（公告）號: CN109348537B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 吳世奇;王翔
• 申請（專利權）人: 西南電子技術研究所（中國電子科技集團公司第十研究所）
• 主分類號: H04W72/0446
• 分類號: H04W72/0446;H04B7/0408;H04W72/54;H04W72/0453
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 古波

1.一種多波束自組織網絡信道接入控制方法，具有如下技術特征：針對分布式多波束場景，結合多波束的特性，利用全向網絡的廣播信道特點和定向網絡的高帶寬高指向性特點，用節點間的短報文協議交互，輔助完成定向鏈路上多節點的高速率并行傳輸；根據網內節點的空間位置以及傳輸需求，結合多波束的特性，在保證波束隔離、收發限制、通道限制約束條件下，利用各節點之間的空分復用，實現多個發送節點對多個接收節點的并發通信，采用常用圖論算法計算各波束的信道容量；各個節點在定向鏈路時隙開始前，通過全向鏈路廣播控制幀RTS，將其通信需求以及空間位置發送給簇首節點，簇首節點收到所有節點的RTS幀后，根據各節點空間位置及其通信需求建立分析模型；當網絡簇首節點接收到所有其它節點的RTS幀后，運行多波束自組織網絡信道接入分配算法；并基于最大獨立集算法，在每個時隙內尋找最優的收發節點對集合，找出滿足波束隔離限制和收發限制的多個邊集合，然后，針對每個發送請求邊集合，通過最大流算法找出滿足通道限制的最大邊集合，再進一步，根據預編碼矩陣以及功率分配為每條邊賦權；最后在所有邊集合中，找出具有最大網絡容量的邊集合，該集合為下一個定向鏈路時隙內各個節點的信道接入分配結果，然后簇首節點將分配的結果，通過全向鏈路以CTS幀的形式廣播給所有節點，簇首節點接收到CTS幀后，各個節點獲知下一個定向鏈路時隙內與其對應的接收節點集合，并據此接入信道發送信息，實現多波束自組織網絡中多節點同頻同時的多發多收；

具體的，在定向鏈路的每個時隙開始之前，各節點通過全向鏈路，以RTS幀的形式廣播其發送請求；當網絡簇首節點接收到所有其它節點的RTS幀后，運行多波束自組織網絡信道接入分配算法，執行步驟21至步驟27：

步驟21，網絡簇首節點根據所有節點在下一個定向時隙的發送請求，形成發送請求圖；

步驟22，網絡簇首節點將發送請求圖的每條邊作為一個點，形成收發限制與波束隔離限制示意圖，將發送請求圖中不滿足收發限制與波束隔離限制的邊在收發限制與波束隔離限制示意圖中對應的點之間進行連線；

收發限制：對于發送請求圖中的任意兩條有向邊，若其中一條有向邊的末端指向另一有向邊的始端，則這兩條有向邊不滿足收發限制；

波束隔離限制：對于發送請求圖中的任意兩條有向邊，若這兩條邊的始端相同且兩條邊的夾角小于波束隔離度，按波束隔離度參考值，則這兩條有向邊不滿足波束隔離限制；

步驟23，網絡簇首節點調用最大獨立集算法找出收發限制與波束隔離限制示意圖中所有的最大獨立集A_i，使得集合內的任意兩個點之間都互不相連，其中，i∈{1,2,3,4,5}；

步驟24，網絡簇首節點針對每個最大獨立集A_i，將最大獨立集中的每個元素對應的有向邊，按照有向邊的始端和末端，將所有網絡節點分成兩部分，左半部分為發送節點，右半部分為接收節點，形成二部圖g_i；

步驟25：網絡簇首節點針對每個二部圖g_i，進行通道限制的約束，約束規則如下所示：針對每個二部圖g_i，首先虛擬一個起始點s和終止點t，將s指向所有發送節點并賦予邊權值，邊權值為各個發送節點的最大通道數量；然后將所有接收節點指向t并賦予邊權值，邊權值為各個接收節點的最大通道數量；調用最大流算法找出從s到t的最大流，保留二部圖中最大流所經過的邊，刪除其他邊，得到通道限制圖；

步驟26，網絡簇首節點為每個通道限制圖中的邊賦予權值，該權值為該邊對應的定向鏈路的信道容量；

步驟26(a)，網絡簇首節點計算圖b_i中發送節點集合S_i中的每個發送網絡節點A(a∈S_i)的預編碼矩陣W(a)，公式如下：

其中，N(a)為網絡節點A的出度，H_a為通道限制圖中節點A為起點的所有有向邊集合對應的信道矩陣，是有向邊對應的信道矢量(j∈{1,...,N(a)})；

步驟26(b)：網絡簇首節點計算定向鏈路的信道容量，為通道限制圖b_i中的每條邊賦予權值ω，公式如下：

(a∈S_i)，

并且

其中，B表示定向鏈路的信號帶寬，是步驟26(a)中的轉置，P_max為節點a的最大發送功率，為步驟26(a)中預編碼矩陣W(a)的第j列向量，σ²為定向鏈路信號帶寬內的高斯白噪聲功率，表示有向邊對應的信噪比;

步驟27，網絡簇首節點針對步驟26中的所有通道限制圖，計算其網絡容量，找出具有最大網絡容量的通道限制圖b_i^*，即b_i^*中對應的收發節點對即為下一個定向鏈路時隙內各節點的信道接入分配結果，上式中C(b_i)是通道限制圖b_i的網絡容量，其值等于圖b_i中所有邊的權值之和，公式如下：

如果網絡節點A沒有分配到下一個定向鏈路時隙的接入機會，則將D_a的值加1，否則歸0，其中，變量D_a表示發送網絡節點A的發送請求被延遲的時隙數(初始值為0)，ω是通道限制圖b_i中的每條邊賦予權值，是以網絡節點A為起始節點的有向邊，j∈{1,...,N(a)}，β是一個權值因子。