用于生成对称密钥的多用户无线信道状态扫描方法

摘要

本发明公开了一种用于生成对称密钥的多用户无线信道状态扫描方法，能够实现多用户之间的信道状态扫描，以达到提高扫描效率和网络资源利用率的目的；具体步骤为：根节点设定扫描速率初始值；初始化根节点的监听进程Wireshark并设定簇内各成员节点的期望BGR和WFD；根节点采用广播模式发送扫描PING包，进行一次信道扫描；根节点以扫描速率初始值进行N次信道扫描；根节点分别计算出总实际BGR与总加权期望BGR并将两者的差值送入负反馈控制器；负反馈控制器调节扫描速率，得到新扫描速率；以新扫描速率，根节点按上述步骤进行信道扫描；重复上述步骤，直到簇内根节点获得的各成员节点的RSS序列长度大于生成密钥长度。

主权项

1.一种用于生成对称密钥的多用户无线信道状态扫描方法，其特征在于，根据通信覆盖能力的情况，对于任意一个多用户网络进行簇类型分类，将该用户网络分为单簇、独立多簇和交错多簇，其中：单簇是指只存在一个根节点的网络，在该网络中，根节点可以与所有成员节点进行直接通信，无需多跳；独立多簇是由多个相互独立的、没有影响的单簇构成的网络；交错多簇是由多个相互有重叠且相互有影响的单簇构成的网络，在该网络中存在网关节点，该网关节点与两个以上的根节点进行直接通信；对于单簇型和独立多簇型的网络，以网络中的每一个单簇为基本单位独立地进行信道扫描；假设每个簇内有n个节点，即有1个根节点，n-1个成员节点；对单簇型和独立多簇型的网络进行信道扫描的具体步骤如下所述：步骤一、参数设置：根节点设定初始扫描速率；步骤二、初始化根节点的监听进程Wireshark，并设定簇内各成员节点的期望比特生成速率BGR和期望比特生成速率加权指数WFD；步骤三、根节点采用广播模式开始发送扫描PING包，并利用监听进程Wireshark捕获来自簇内各成员节点的扫描回复REPLY包，然后从每个扫描回复REPLY包中取出对应于每个成员节点的接受信号强度RSS值，并将所得到的所有RSS值记录下来；步骤四、以步骤一中给定的初始扫描速率，根节点按照步骤三中的操作进行N次信道扫描，得到n-1组RSS序列S₁，S₂……S_n-1，该RSS序列S₁，S₂……S_n-1分别对应于每个成员节点；步骤五、根节点分别计算出每组RSS序列的实际比特生成速率BGR，所述每组RSS序列的实际BGR即为每个成员节点的实际BGR，根据每个成员节点的实际BGR计算出总实际比特生成速率BGR；根据预先设定的簇内各成员节点的期望BGR和WFD计算出总加权期望比特生成速率BGR；将总实际BGR与总加权期望BGR的差值送入到负反馈控制器；其中，总实际BGR即B_comp的计算方法如下：$B_{\mathrm{comp}}=\frac{1}{n-1}\underset{i=1}{\overset{n-1}{\Sigma }}{B}_i---\left(1\right)$其中，B_i为簇内第i个成员节点的实际BGR；总加权期望BGR即β_comp的计算方法如下：${\beta }_{\mathrm{comp}}=\underset{i=1}{\overset{n-1}{\Sigma }}{\beta }_i{w}_i---\left(2\right)$其中，β_i为簇内第i个成员节点的期望BGR，w_i为簇内第i个成员节点的WFD；步骤六、负反馈控制器根据所述差值不断调节扫描速率，调节目标为令总实际BGR趋于总加权期望BGR，得到新的扫描速率；步骤七、以步骤六所得到的新的扫描速率，根节点按步骤三中的操作进行N次信道扫描，得到对应于所述新的扫描速率的n-1组RSS序列；步骤八、重复上述步骤一至七，将对应于每个成员节点的RSS序列连在一起，直到簇内的根节点获得的各成员节点的RSS序列长度大于生成密钥长度；对于交错多簇类型的网络，在该网络中，各个单簇分时使用信道，各个单簇所使用信道的时间比重由各簇的WFD所占比重来决定；具体地，假设有m个单簇，任意一个单簇中所有成员节点的WFD之和为：$w_{\mathrm{sum}}^j=\underset{i=1}{\overset{k_j-1}{\Sigma }}{w}_i^j---\left(3\right)$其中，为第j个单簇中第i个成员节点的WFD，k_j为第j个单簇中节点的数量；该单簇所使用信道的时间占信道的总时间的比重为：$\frac{w_{\mathrm{sum}}^j}{\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{w}_{\mathrm{sum}}^j}---\left(4\right)$在信道的每个时间段内，在对应于该时间段的单簇内进行所述步骤一至八，对交错多簇类型的网络进行信道扫描。