一种基于协作波束成形的车联网安全通信方法与流程

技术特征：

1.一种基于协作波束成形的车联网安全通信方法，其特征在于，包括：

步骤1：确定生成数据并需要将其发送至基站的车辆为源节点，并获取源节点与所述基站的距离dt；

步骤2：选取所述源节点周围的车辆为候选节点，并组成候选节点集，所述源节点向所述候选节点集发布信息，所述候选节点集接收所述信息并将其对应的ID和坐标信息响应给所述源节点，所述源节点依次获取其与所述候选节点集中的节点的距离dVehicle；

步骤3：对所述源节点与所述候选节点集中的节点的距离按照升序排序，并选择前N个节点为参与协作波束成形的协作节点集，组成虚拟阵列天线，并根据所述基站相对于所述源节点的仰角和方位角确定所述虚拟阵列天线的主瓣方向；

步骤4：根据目标函数并利用进化算法计算所述虚拟阵列天线的节点的理想激励电流：

minF(f1(Ik),f2(Ik))；

其中，0≤Ik≤1；

θML＝argmax|AF(θ)|,θ∈[-π,π]；

θSL∈[-π,θFN1]∪[θFN2,π]；

式中，minF(f1(Ik),f2(Ik))为目标函数；AF为阵因子，θSL和θML分别为旁瓣和主瓣的方向，θFN1,θFN2分别为区间[-π，θML)和(θML，π]内的第一零陷，定义了虚拟阵列天线的第一零陷宽度，Ik和ψk分别为所述虚拟阵列天线中第k个节点的激励电流和初始相位，λ为波长，rk为第k个节点的极坐标的极径，(xk,yk)为第k个节点的坐标；SNR为信噪比，r为源节点与基站的距离，α为路径损耗指数，Pt为虚拟阵列天线的总发射功率，Ko为常数路径损耗系数，G(x0,y0)为虚拟阵列天线相对于基站位置的增益，σ²为噪声功率；ω(θ,φ)为每个节点的虚拟阵列天线方向图的大小，θ0,φ0分别为基站相对于源节点在球面坐标中的极角和方位角，η∈[0,1]为虚拟阵列天线的效率；

步骤5：通过所述理想激励电流，所述源节点向所述协作节点集广播协作波束成形控制信息，如果所述源节点在随机延迟信息内收到所有协作节点的响应消息，则所述协作节点通过协作波束成形共同传输数据；否则，所述源节点再一次向所述协作节点集广播协作波束成形控制信息，直到所述源节点收到所有协作节点的响应消息后，所述协作节点通过协作波束成形共同传输数据。

2.如权利要求1所述的基于协作波束成形的车联网安全通信方法，其特征在于，所述协作节点集中的协作节点数量N的确定包括：

根据所述源节点的最大发射功率确定所述协作节点集中的协作节点数量：

式中，P0,max为所述源节点的最大发射功率。

3.如权利要求1或2所述的基于协作波束成形的车联网安全通信方法，其特征在于，所述候选节点集中的候选节点的确定包括：

以所述源节点为中心，确定通信半径Rc围成的圆形范围内的车辆为候选节点。

4.如权利要求3所述的基于协作波束成形的车联网安全通信方法，其特征在于，所述源节点与所述基站的距离dt为：

式中，(xs，ys)和(xb，yb)分别为所述源节点和所述基站的位置坐标。

5.如权利要求4所述的基于协作波束成形的车联网安全通信方法，其特征在于，所述源节点与所述候选节点集中的节点的距离dVehicle为：

式中，(xi，yi)为所述候选节点集中的第i个节点的坐标。

6.如权利要求1、2、4或5所述的基于协作波束成形的车联网安全通信方法，其特征在于，所述基站相对于所述源节点的仰角和方位角根据所述源节点和所述基站在球面坐标中的位置坐标确定。

7.如权利要求6所述的基于协作波束成形的车联网安全通信方法，其特征在于，所述协作波束成形控制信息包括：时间同步控制消息、管理消息，数据消息和对于协作节点的随机延迟信息；

其中，所述管理消息包括每个节点的激励电流值，所述时间同步控制消息大于所述对于协作节点的随机延迟信息。

8.如权利要求7所述的基于协作波束成形的车联网安全通信方法，其特征在于，所述进化算法包括：

根据阵元的个数初始化一组初始解作为候选解；

根据目标函数评价所述候选解的优劣程度；

根据所述解的优劣程度对解集进行选择，选择n个解作为迭代后的解的基础；

对所述迭代后的解进行选择、交叉和变异，作为迭代后的解；

若达到迭代次数限制，则停止，输出满足目标函数的最优解作为协作节点的激励电流值；否则，将这些解作为当前解重新评价其优劣程度。