【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種基于位置信息的無線自組織網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度仿真方法，屬于無線網(wǎng)絡(luò)與通信領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
1、在未來一體化、信息化的通信場景下，網(wǎng)絡(luò)將具有高動態(tài)、強對抗、自組織特征，同時，多節(jié)點之間的協(xié)同應(yīng)用成為主流。在此場景下，為了提升網(wǎng)絡(luò)的抗干擾性能，同時減少節(jié)點間干擾以及網(wǎng)絡(luò)能耗，通常會使用定向通信技術(shù)。由于節(jié)點的移動性，在高頻定向組網(wǎng)過程中需要快速完成鄰居發(fā)現(xiàn)過程。但使用定向窄波束進行通信，在減少了干擾的同時，也增加了鄰居發(fā)現(xiàn)的難度，因此需要網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)ΣㄊM行精細化地管理與控制。因此，在定向通信技術(shù)下，如何智能化地管理空域資源，進行多個節(jié)點間動態(tài)波束的對齊與接入是首先需要解決的問題。
2、目前關(guān)于鄰居發(fā)現(xiàn)過程中的時隙調(diào)度策略研究基本都假設(shè)自組織網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點使用全向天線通信。時隙調(diào)度策略可以分為兩類。第一類是確定性的時隙調(diào)度策略，即按照預(yù)先制定的策略，使得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的工作時隙周期地規(guī)律出現(xiàn)，這類算法的好處在于可以從理論上推導(dǎo)出最壞情況下的發(fā)現(xiàn)延遲，缺點在于不夠靈活以及平均發(fā)現(xiàn)延遲較高，典型的確定性調(diào)度策略有disco、u-connect、searchlight等。第二類是隨機性的時隙調(diào)度策略，即讓節(jié)點的工作時隙按照一定的概率隨機出現(xiàn)，這類算法的優(yōu)點在于平均發(fā)現(xiàn)延遲較低，較為靈活，缺點在于具有長尾效應(yīng)，而且發(fā)現(xiàn)延遲沒有邊界，比較典型的隨機調(diào)度策略有birthday、psba等。
3、有學(xué)者提出將quorum系統(tǒng)應(yīng)用于波束掃描，quorum系統(tǒng)可以保證任意兩個節(jié)點在一定的時間內(nèi)實現(xiàn)波束對齊，但是這種方法的靈活性
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于位置信息的無線自組織網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度仿真方法，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)中多節(jié)點飛行過程中利用節(jié)點位置信息更新波束指向而提高鄰居發(fā)現(xiàn)效率，同時在節(jié)點飛行過程中維持鏈路高效傳輸。
2、本專利技術(shù)的技術(shù)解決方案是：一種基于位置信息的無線自組織網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度仿真方法，其中：
3、step?1、建立節(jié)點運動模型，根據(jù)節(jié)點運動模型創(chuàng)建離線訓(xùn)練場景，訓(xùn)練dqn模型參數(shù)，并將訓(xùn)練好的模型參數(shù)存于每個網(wǎng)關(guān)節(jié)點中；
4、step?2、子網(wǎng)內(nèi)按照固定分配時隙策略進行建鏈；子網(wǎng)內(nèi)完成初始建鏈后，采用基于dqn的波束掃描算法進行子網(wǎng)間初始建鏈，即利用離線訓(xùn)練好的dqn模型參數(shù)，指導(dǎo)當(dāng)前建鏈節(jié)點在下一時隙的波束掃描方向，進行子網(wǎng)間初始建鏈，子網(wǎng)間各節(jié)點形成自身的初始空域資源鄰接狀態(tài)表；
5、step?3、子網(wǎng)間初始建鏈完成后，在實際飛行過程，每個節(jié)點均周期性向外廣播自身位置信息，其他節(jié)點收到后均保存在自己的空域資源鄰接狀態(tài)表中；當(dāng)當(dāng)前發(fā)送節(jié)點a向鄰接的接收節(jié)點b發(fā)送信息時，發(fā)送節(jié)點a查詢自己的空域資源鄰接狀態(tài)表獲得接收節(jié)點b的位置信息；
6、step?4、以發(fā)送節(jié)點a為坐標系原點，計算接收節(jié)點b對應(yīng)的兩個旋轉(zhuǎn)角α和β；
7、step?5、依據(jù)α、β和扇區(qū)編號表，查表得出此刻接收節(jié)點b所在的扇區(qū)編號，并據(jù)此修改空域資源鄰接狀態(tài)表中該接收節(jié)點b的扇區(qū)編號信息；
8、step?6、針對每個位置變動的節(jié)點返回step?3持續(xù)更新空域資源鄰接狀態(tài)表中的信息。
9、優(yōu)選的，節(jié)點運動模型包括兩個參數(shù)：節(jié)點速度及節(jié)點運動偏移角度，設(shè)置好參數(shù)后，在子網(wǎng)間建鏈階段，網(wǎng)關(guān)節(jié)點將自身空域分為n個扇區(qū)。
10、優(yōu)選的，dqn模型輸入為節(jié)點運動模型參數(shù)、扇區(qū)個數(shù)n，以及每個扇區(qū)內(nèi)的一跳鄰居個數(shù)及二跳鄰居節(jié)點個數(shù)；訓(xùn)練后的dqn模型參數(shù)為扇區(qū)編號及對應(yīng)的動作價值函數(shù)，即q值。
11、優(yōu)選的，基于dqn的波束掃描算法進行子網(wǎng)間建鏈的過程為：
12、step?2-1、初始化空域資源鄰接狀態(tài)表；
13、step?2-2、當(dāng)前建鏈網(wǎng)關(guān)節(jié)點根據(jù)當(dāng)前的空域資源鄰接狀態(tài)表，離線運行訓(xùn)練好的dqn模型參數(shù)，得到下一時隙掃描扇區(qū)；
14、step?2-3、當(dāng)前建鏈網(wǎng)關(guān)節(jié)點根據(jù)初始建鏈階段業(yè)務(wù)信道的時隙使用方式選擇下一時隙接收或發(fā)送狀態(tài)，并將當(dāng)前節(jié)點的波束指向dqn模型得到的下一時隙掃描扇區(qū)；
15、step?2-4、若本時隙為發(fā)送狀態(tài)，則當(dāng)前建鏈網(wǎng)關(guān)節(jié)點向要掃描的扇區(qū)方向發(fā)送hello報文，并攜帶本地空域資源鄰接狀態(tài)表；若本時隙為接收狀態(tài)，則接收到鄰居節(jié)點hello報文，并更新本地空域資源鄰接狀態(tài)表；
16、step?2-5、轉(zhuǎn)到step?2-2，直到遍歷所有需要建鏈的網(wǎng)關(guān)節(jié)點，完成初始子網(wǎng)間建鏈。
17、優(yōu)選的，空域資源鄰接狀態(tài)表中包括本節(jié)點的鄰居節(jié)點信息和鄰居節(jié)點對應(yīng)所在的扇區(qū)信息。
18、優(yōu)選的，以當(dāng)前處理節(jié)點為坐標系原點，計算鄰居節(jié)點對應(yīng)的兩個旋轉(zhuǎn)角α和β，具體為：
19、記發(fā)送節(jié)點a的坐標為(x0,y0,z0)，該接收節(jié)點b的坐標為(x1,y1,z1)；其中：
20、
21、若y1≥y0，則
22、反之，則
23、優(yōu)選的，網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點自身攜帶多個天線，分布在節(jié)點周身，數(shù)量依據(jù)實際情況確定，最少應(yīng)能夠覆蓋周身360度通信；
24、兩個節(jié)點a和b之間進行通信時，發(fā)送節(jié)點a會根據(jù)自己的位置，自己的姿態(tài)及接收節(jié)點b的位置計算出節(jié)點b相對節(jié)點a的俯仰角和方位角，選擇對應(yīng)的天線進行通信。
25、優(yōu)選的，兩個節(jié)點a和b之間進行通信時，節(jié)點a會根據(jù)自身的位置以及節(jié)點b的位置計算出兩個節(jié)點之間的距離，按照不同的通信距離劃分為不同的通信速率檔位，確定對應(yīng)的傳輸鏈路幀長進行信息傳輸。
26、優(yōu)選的，不同的通信距離劃分為不同的通信速率檔位時：
27、近距離對應(yīng)高速傳輸速率，傳輸幀長較長，傳輸容量大；遠距離對應(yīng)低速傳輸速率，傳輸幀長較短，傳輸容量小。
28、優(yōu)選的，初始建鏈階段業(yè)務(wù)信道的時隙使用方式為：每個節(jié)點每個時隙為發(fā)送或者接收為隨機，概率均為1/2。
29、本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：
30、(1)本專利技術(shù)提出一種基于dqn的智能波束掃描方法，利用離線訓(xùn)練后的模型參數(shù)、實際飛行過程中的空域資源鄰接狀態(tài)表和收到的鄰居節(jié)點鄰接狀態(tài)表更新波束指向，指導(dǎo)節(jié)點在下一時隙的波束掃描方向，加快鄰居發(fā)現(xiàn)過程；
31、(2)本專利技術(shù)提出一種利用節(jié)點位置信息、姿態(tài)信息、天線安裝位置進行波束對齊的方法，并根據(jù)節(jié)點間距離關(guān)系動態(tài)改變鏈路傳輸幀長，充分利用鏈路資源，提高傳輸容量。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護點】
1.一種基于位置信息的無線自組織網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度仿真方法，其特征在于包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于位置信息的無線自組織網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度仿真方法，其特征在于：節(jié)點運動模型包括兩個參數(shù)：節(jié)點速度及節(jié)點運動偏移角度，設(shè)置好參數(shù)后，在子網(wǎng)間建鏈階段，網(wǎng)關(guān)節(jié)點將自身空域分為N個扇區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于位置信息的無線自組織網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度仿真方法，其特征在于：DQN模型輸入為節(jié)點運動模型參數(shù)、扇區(qū)個數(shù)N，以及每個扇區(qū)內(nèi)的一跳鄰居個數(shù)及二跳鄰居節(jié)點個數(shù)；訓(xùn)練后的DQN模型參數(shù)為扇區(qū)編號及對應(yīng)的動作價值函數(shù)，即Q值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于位置信息的無線自組織網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度仿真方法，其特征在于：基于DQN的波束掃描算法進行子網(wǎng)間建鏈的過程為：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于位置信息的無線自組織網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度仿真方法，其特征在于：空域資源鄰接狀態(tài)表中包括本節(jié)點的鄰居節(jié)點信息和鄰居節(jié)點對應(yīng)所在的扇區(qū)信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于位置信息的無線自組織網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度仿真方法，其特征在于：以當(dāng)前處理節(jié)點為坐標系原點，
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于位置信息的無線自組織網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度仿真方法，其特征在于：網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點自身攜帶多個天線，分布在節(jié)點周身，數(shù)量依據(jù)實際情況確定，最少應(yīng)能夠覆蓋周圍360度通信；
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于位置信息的無線自組織網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度仿真方法，其特征在于：兩個節(jié)點A和B之間進行通信時，節(jié)點A會根據(jù)自身的位置以及節(jié)點B的位置計算出兩個節(jié)點之間的距離，按照不同的通信距離劃分為不同的通信速率檔位，確定對應(yīng)的傳輸鏈路幀長進行信息傳輸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于位置信息的無線自組織網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度仿真方法，其特征在于：不同的通信距離劃分為不同的通信速率檔位時：
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于位置信息的無線自組織網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度仿真方法，其特征在于：初始建鏈階段業(yè)務(wù)信道的時隙使用方式為：每個節(jié)點每個時隙為發(fā)送或者接收為隨機，概率均為1/2。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于位置信息的無線自組織網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度仿真方法，其特征在于包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于位置信息的無線自組織網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度仿真方法，其特征在于：節(jié)點運動模型包括兩個參數(shù)：節(jié)點速度及節(jié)點運動偏移角度，設(shè)置好參數(shù)后，在子網(wǎng)間建鏈階段，網(wǎng)關(guān)節(jié)點將自身空域分為n個扇區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于位置信息的無線自組織網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度仿真方法，其特征在于：dqn模型輸入為節(jié)點運動模型參數(shù)、扇區(qū)個數(shù)n，以及每個扇區(qū)內(nèi)的一跳鄰居個數(shù)及二跳鄰居節(jié)點個數(shù)；訓(xùn)練后的dqn模型參數(shù)為扇區(qū)編號及對應(yīng)的動作價值函數(shù)，即q值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于位置信息的無線自組織網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度仿真方法，其特征在于：基于dqn的波束掃描算法進行子網(wǎng)間建鏈的過程為：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于位置信息的無線自組織網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度仿真方法，其特征在于：空域資源鄰接狀態(tài)表中包括本節(jié)點的鄰居節(jié)點信息和鄰居節(jié)點對應(yīng)所在的扇區(qū)信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于位置信息的無線...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊樂，高思宇，王志強，顧鑫，李喆，張鳳，王德昊，石定元，鄧志均，李旭鵬，孫芳，夏耘，趙陽，郝瑞森，
申請(專利權(quán))人：中國運載火箭技術(shù)研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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