一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式信號(hào)特征參數(shù)提取方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式信號(hào)特征參數(shù)提取方法，包括：A)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn)向所述網(wǎng)絡(luò)中的N個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)發(fā)送特征提取指令；B)每個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)根據(jù)所述特征提取指令建立一個(gè)簇，其每個(gè)簇包含一個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)與一個(gè)或多個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)，并將簇中能量最大的一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為簇頭節(jié)點(diǎn)，其它節(jié)點(diǎn)作為簇成員節(jié)點(diǎn)；C)簇內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)分別采集不同的信號(hào)特征參數(shù)，并將采集到的信號(hào)特征參數(shù)存儲(chǔ)至簇頭節(jié)點(diǎn)；D)N個(gè)簇的簇頭節(jié)點(diǎn)分別將各自的信號(hào)特征參數(shù)發(fā)送至中心節(jié)點(diǎn)，以供中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類識(shí)別。本發(fā)明能夠?qū)π盘?hào)特征參數(shù)進(jìn)行分布式提取，并在提取過程中實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)總體能耗的平穩(wěn)降低，最大限度延長網(wǎng)絡(luò)的壽命。
【專利說明】一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式信號(hào)特征參數(shù)提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，特別涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式信號(hào)特征參數(shù)提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前對(duì)基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)調(diào)制識(shí)別技術(shù)研究較少，調(diào)制信號(hào)特征參數(shù)提取還限于單節(jié)點(diǎn)進(jìn)行，單節(jié)點(diǎn)特征提取是通過一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信號(hào)特征參數(shù)的提取。
[0003]隨著小功率短距離無線電通信業(yè)務(wù)的發(fā)展和未來新業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，如無線互聯(lián)網(wǎng)、無線傳感網(wǎng)和無線移動(dòng)網(wǎng)等，都表現(xiàn)出了對(duì)電磁頻譜的大量需求，以及對(duì)有效頻譜接入的迫切要求，傳統(tǒng)的電磁頻譜監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)無法滿足和適應(yīng)這些要求，作為電磁頻譜監(jiān)測的重要內(nèi)容，信號(hào)調(diào)制方式的識(shí)別向著分布式、小區(qū)制、細(xì)粒度和精細(xì)化方向發(fā)展。分布式特征參數(shù)提取通過分布在一定區(qū)域內(nèi)的信號(hào)相互協(xié)同，共同配合提取特征參數(shù)。其優(yōu)勢是降低一個(gè)節(jié)點(diǎn)處理時(shí)的復(fù)雜度，滿足精細(xì)化、短距離通信業(yè)務(wù)發(fā)展。
[0004]劉愛聲、朱琦在《多傳感器節(jié)點(diǎn)分布式協(xié)作調(diào)制識(shí)別算法》中證明了多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)分布式協(xié)作的調(diào)制識(shí)別率均高于單個(gè)傳感器單節(jié)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)制識(shí)別時(shí)的識(shí)別率。王金奎在《分布式頻譜傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)》中給出了分布式頻譜傳感器網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計(jì)、應(yīng)用模式、系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)。李贊、張學(xué)平等在《新一代電磁頻譜監(jiān)測網(wǎng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用》中提出了構(gòu)建基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的新一代電磁頻譜監(jiān)測網(wǎng)，探討了網(wǎng)絡(luò)的組成結(jié)構(gòu)和功能作用，分析了建設(shè)新一代電測頻譜監(jiān)測網(wǎng)的意義。
[0005]目前，傳統(tǒng)的特征參數(shù)提取主要是基于一個(gè)中心站進(jìn)行。由于短距離通信業(yè)務(wù)的發(fā)展，提出了分布式調(diào)制識(shí)別的需求，因此分布式特征參數(shù)提取是一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。但由于基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，又帶來了網(wǎng)絡(luò)能耗有限的問題，本發(fā)明主要解決分布式特征提取過程中的降低網(wǎng)絡(luò)能耗問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]未解決上述問題，本發(fā)明提供了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式信號(hào)特征參數(shù)提取方法。
[0007]本發(fā)明提供的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式信號(hào)特征參數(shù)提取方法，包括:
[0008]A)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn)向所述網(wǎng)絡(luò)中的N個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)發(fā)送特征提取指令；
[0009]B)每個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)根據(jù)所述特征提取指令建立一個(gè)簇，其每個(gè)簇包含一個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)與一個(gè)或多個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)，并將簇中能量最大的一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為簇頭節(jié)點(diǎn)，其它節(jié)點(diǎn)作為簇成員節(jié)點(diǎn)；
[0010]C)簇內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)分別采集不同的信號(hào)特征參數(shù)，并將采集到的信號(hào)特征參數(shù)存儲(chǔ)至簇頭節(jié)點(diǎn)；
[0011]D)N個(gè)簇的簇頭節(jié)點(diǎn)分別將各自的信號(hào)特征參數(shù)發(fā)送至中心節(jié)點(diǎn)，以供中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類識(shí)別。[0012]優(yōu)選地，所述步驟A)包括:
[0013]中心節(jié)點(diǎn)選取N個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)，并通過廣播方式向所述N個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)發(fā)送特征提取指令。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟B)包括:
[0015]BI)每個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)根據(jù)所述特征提取指令，向其鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送網(wǎng)絡(luò)建立請(qǐng)求，并與響應(yīng)所述網(wǎng)絡(luò)建立請(qǐng)求的一個(gè)或多個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)簇；
[0016]B2)所述簇的各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過相互交換能量信息，得到具有最大能量的節(jié)點(diǎn)，并將所述具有最大能量的節(jié)點(diǎn)作為簇頭節(jié)點(diǎn)，其它節(jié)點(diǎn)作為簇成員節(jié)點(diǎn)。
[0017]優(yōu)選地,在所述步驟BI)中,所述監(jiān)測節(jié)點(diǎn)與在先響應(yīng)的M個(gè)節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)簇。
[0018]優(yōu)選地,所述步驟C)包括:
[0019]Cl)簇頭節(jié)點(diǎn)在簇內(nèi)分配特征提取任務(wù)；
[0020]C2)簇內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)相互交換信噪比信息，并按照信噪比信息，采集所述特征提取任務(wù)中相應(yīng)的信號(hào)特征參數(shù)。
[0021]優(yōu)選地,所述步驟C2)包括:
[0022]簇內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)按照其信噪比的大小次序，采集所述特征提取任務(wù)中相應(yīng)優(yōu)先級(jí)別的信號(hào)特征參數(shù)。
[0023]優(yōu)選地,所述步驟D)包括:
[0024]Dl)建立用于將N個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)的各自信號(hào)特征參數(shù)傳遞給中心節(jié)點(diǎn)的路由關(guān)系；
[0025]D2)每個(gè)簇頭根據(jù)所述路由關(guān)系，確定將信號(hào)特征參數(shù)傳遞到上一級(jí)簇頭節(jié)點(diǎn)的傳遞路徑，并將信號(hào)特征參數(shù)發(fā)送給所述上一級(jí)簇頭節(jié)點(diǎn)；
[0026]D3)所述上一級(jí)簇頭節(jié)點(diǎn)通過確定其傳遞路徑，轉(zhuǎn)發(fā)所收到的信號(hào)特征參數(shù)，并在轉(zhuǎn)發(fā)過程中加入自己的信號(hào)特征參數(shù)，從而把N個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)的信號(hào)特征參數(shù)傳遞給中心節(jié)點(diǎn)。
[0027]優(yōu)選地,所述步驟Dl)包括:
[0028]每個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)計(jì)算與其它簇頭節(jié)點(diǎn)之間的通信代價(jià)；
[0029]每個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)利用所述通信代價(jià)，建立包含一個(gè)或多個(gè)待選上一級(jí)簇頭節(jié)點(diǎn)的本地路由信息表，從而形成從N個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)至中心節(jié)點(diǎn)的路由關(guān)系。
[0030]優(yōu)選地,所述步驟D2)包括:
[0031]每個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)其與一個(gè)或多個(gè)待選上一級(jí)簇頭節(jié)點(diǎn)的通信代價(jià)，計(jì)算所述一個(gè)或多個(gè)待選上一級(jí)簇頭節(jié)點(diǎn)的選擇概率，并根據(jù)所述選擇概率的大小，確定信號(hào)特征參數(shù)傳遞到上一級(jí)簇頭節(jié)點(diǎn)的傳遞路徑。
[0032]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果在于:
[0033]本發(fā)明能夠?qū)π盘?hào)特征參數(shù)進(jìn)行分布式提取，并在提取過程中實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)總體能耗的平穩(wěn)降低，最大限度延長網(wǎng)絡(luò)的壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1是本發(fā)明提供的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式信號(hào)特征參數(shù)提取方法原理框圖；
[0035]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式信號(hào)特征參數(shù)提取流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)理解，以下所說明的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0037]圖1是本發(fā)明提供的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式信號(hào)特征參數(shù)提取方法原理框圖，如圖1所示,包括:
[0038]步驟101、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn)向所述網(wǎng)絡(luò)中的N個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)發(fā)送特征提取指令。
[0039]在所述步驟101中，中心節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選取網(wǎng)絡(luò)中的N個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)，并通過廣播方式向所述N個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)發(fā)送特征提取指令，啟動(dòng)特征參數(shù)提取過程。
[0040]步驟102、每個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)根據(jù)所述特征提取指令建立一個(gè)簇，其每個(gè)簇包含一個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)與一個(gè)或多個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)，并將簇中能量最大的一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為簇頭節(jié)點(diǎn)，其它節(jié)點(diǎn)作為簇成員節(jié)點(diǎn)。
[0041]在所述步驟102中，每個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)根據(jù)所述特征提取指令，向其鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送網(wǎng)絡(luò)建立請(qǐng)求，并與響應(yīng)所述網(wǎng)絡(luò)建立請(qǐng)求的一個(gè)或多個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)簇；所述簇的各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過相互交換能量信息，得到具有最大能量的節(jié)點(diǎn)，并將所述具有最大能量的節(jié)點(diǎn)作為簇頭節(jié)點(diǎn)，其它節(jié)點(diǎn)作為簇成員節(jié)點(diǎn)。
[0042]進(jìn)一步地,收到特征提取指令的監(jiān)測節(jié)點(diǎn)可以與最先響應(yīng)的M個(gè)節(jié)點(diǎn)組成一簇，這M+1個(gè)節(jié)點(diǎn)相互交換自身的能量信息，選取能量值最大的節(jié)點(diǎn)作為簇頭節(jié)點(diǎn)，即將其中能量最大的節(jié)點(diǎn)作為簇頭節(jié)點(diǎn)，其它M個(gè)節(jié)點(diǎn)作為簇成員節(jié)點(diǎn)。
[0043]步驟103、簇內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)分別采集不同的信號(hào)特征參數(shù)，并將采集到的信號(hào)特征參數(shù)存儲(chǔ)至簇頭節(jié)點(diǎn)。
[0044]在所述步驟103中，簇頭節(jié)點(diǎn)在簇內(nèi)分配特征提取任務(wù)，簇內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)相互交換信噪比信息，并按照信噪比信息，采集所述特征提取任務(wù)中相應(yīng)的信號(hào)特征參數(shù)。
[0045]進(jìn)一步地，簇內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)按照其信噪比的大小次序，采集所述特征提取任務(wù)中相應(yīng)優(yōu)先級(jí)別的信號(hào)特征參數(shù)。具體地說，信噪比較高的節(jié)點(diǎn)可以采集優(yōu)先級(jí)別較低的信號(hào)特征參數(shù)。
[0046]以M=5為例，簇頭節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)分配特征提取任務(wù)，各節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身所處環(huán)境的信噪比情況決定采集哪一個(gè)信號(hào)特征參數(shù),按照優(yōu)先順序Ra> σ af> σ aa> y max> σ dp> σ ap,信噪比最低的節(jié)點(diǎn)采集Ra，信噪比最高的節(jié)點(diǎn)將采集Oap，其它以此類推。所有節(jié)點(diǎn)將采集到的信號(hào)特征參數(shù)一跳發(fā)送給簇頭節(jié)點(diǎn)。通過這種方式可以使得整體的識(shí)別正確率得到提高。
[0047]其中:常用時(shí)頻域的信號(hào)特征參數(shù)包括:
[0048]1、零中心歸一化瞬時(shí)幅度之譜密度最大值Yniax
[0049]y max=max | FFT [acn (i) ] 12/Ns
[0050]式中，Ns為取樣點(diǎn)數(shù)，acn(i)為零中心歸一化瞬時(shí)幅度，由下式計(jì)算:
[0051]acn(i)=aji)_l
[0052]式中，
【權(quán)利要求】
1.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式信號(hào)特征參數(shù)提取方法，其特征在于，包括: A)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn)向所述網(wǎng)絡(luò)中的N個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)發(fā)送特征提取指令； B)每個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)根據(jù)所述特征提取指令建立一個(gè)簇，其每個(gè)簇包含一個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)與一個(gè)或多個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)，并將簇中能量最大的一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為簇頭節(jié)點(diǎn)，其它節(jié)點(diǎn)作為簇成員節(jié)占.C)簇內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)分別采集不同的信號(hào)特征參數(shù)，并將采集到的信號(hào)特征參數(shù)存儲(chǔ)至簇頭節(jié)點(diǎn)； D)N個(gè)簇的簇頭節(jié)點(diǎn)分別將各自的信號(hào)特征參數(shù)發(fā)送至中心節(jié)點(diǎn)，以供中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類識(shí)別。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟A)包括: 中心節(jié)點(diǎn)選取N個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)，并通過廣播方式向所述N個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)發(fā)送特征提取指令。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟B)包括: BI)每個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)根據(jù)所述特征提取指令，向其鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送網(wǎng)絡(luò)建立請(qǐng)求，并與響應(yīng)所述網(wǎng)絡(luò)建立請(qǐng)求的一個(gè)或多個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)簇； B2)所述簇的各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過相互交換能量信息，得到具有最大能量的節(jié)點(diǎn)，并將所述具有最大能量的節(jié)點(diǎn)作為簇頭節(jié)點(diǎn)，其它節(jié)點(diǎn)作為簇成員節(jié)點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步驟BI)中，所述監(jiān)測節(jié)點(diǎn)與在先響應(yīng)的M個(gè)節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)簇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟C)包括: Cl)簇頭節(jié)點(diǎn)在簇內(nèi)分配特征提取任務(wù)； C2)簇內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)相互交換信噪比信息，并按照信噪比信息，采集所述特征提取任務(wù)中相應(yīng)的信號(hào)特征參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟C2)包括: 簇內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)按照其信噪比的大小次序，采集所述特征提取任務(wù)中相應(yīng)優(yōu)先級(jí)別的信號(hào)特征參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟D)包括: Dl)建立用于將N個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)的各自信號(hào)特征參數(shù)傳遞給中心節(jié)點(diǎn)的路由關(guān)系； D2)每個(gè)簇頭根據(jù)所述路由關(guān)系，確定將信號(hào)特征參數(shù)傳遞到上一級(jí)簇頭節(jié)點(diǎn)的傳遞路徑，并將信號(hào)特征參數(shù)發(fā)送給所述上一級(jí)簇頭節(jié)點(diǎn)； D3)所述上一級(jí)簇頭節(jié)點(diǎn)通過確定其傳遞路徑，轉(zhuǎn)發(fā)所收到的信號(hào)特征參數(shù)，并在轉(zhuǎn)發(fā)過程中加入自己的信號(hào)特征參數(shù)，從而把N個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)的信號(hào)特征參數(shù)傳遞給中心節(jié)點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟Dl)包括: 每個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)計(jì)算與其它簇頭節(jié)點(diǎn)之間的通信代價(jià)； 每個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)利用所述通信代價(jià)，建立包含一個(gè)或多個(gè)待選上一級(jí)簇頭節(jié)點(diǎn)的本地路由信息表，從而形成從N個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)至中心節(jié)點(diǎn)的路由關(guān)系。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟D2)包括: 每個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)其與一個(gè)或多個(gè)待選上一級(jí)簇頭節(jié)點(diǎn)的通信代價(jià)，計(jì)算所述一個(gè)或多個(gè)待選上一級(jí)簇頭節(jié)點(diǎn)的選擇概率，并根據(jù)所述選擇概率的大小，確定信號(hào)特征參數(shù)傳遞到上一級(jí)簇頭節(jié)點(diǎn)的傳遞路徑。
【文檔編號(hào)】H04W24/00GK103974276SQ201310032559
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月29日
【發(fā)明者】徐啟建, 張 杰, 黨月芳 申請(qǐng)人:中國人民解放軍總參謀部第六十一研究所