一种无线传感器网络分布式信号特征参数提取方法
【专利摘要】本发明公开了一种无线传感器网络分布式信号特征参数提取方法，包括：A)无线传感器网络的中心节点向所述网络中的N个监测节点发送特征提取指令；B)每个监测节点根据所述特征提取指令建立一个簇，其每个簇包含一个监测节点与一个或多个邻居节点，并将簇中能量最大的一个节点作为簇头节点，其它节点作为簇成员节点；C)簇内各个节点分别采集不同的信号特征参数，并将采集到的信号特征参数存储至簇头节点；D)N个簇的簇头节点分别将各自的信号特征参数发送至中心节点，以供中心节点进行分类识别。本发明能够对信号特征参数进行分布式提取，并在提取过程中实现网络总体能耗的平稳降低，最大限度延长网络的寿命。
【专利说明】一种无线传感器网络分布式信号特征参数提取方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线传感器网络，特别涉及一种无线传感器网络分布式信号特征参数提取方法。
【背景技术】
[0002]目前对基于无线传感器网络的信号调制识别技术研究较少，调制信号特征参数提取还限于单节点进行，单节点特征提取是通过一个节点进行信号特征参数的提取。
[0003]随着小功率短距离无线电通信业务的发展和未来新业务的出现，如无线互联网、无线传感网和无线移动网等，都表现出了对电磁频谱的大量需求，以及对有效频谱接入的迫切要求，传统的电磁频谱监测网络无法满足和适应这些要求，作为电磁频谱监测的重要内容，信号调制方式的识别向着分布式、小区制、细粒度和精细化方向发展。分布式特征参数提取通过分布在一定区域内的信号相互协同，共同配合提取特征参数。其优势是降低一个节点处理时的复杂度，满足精细化、短距离通信业务发展。
[0004]刘爱声、朱琦在《多传感器节点分布式协作调制识别算法》中证明了多个传感器节点分布式协作的调制识别率均高于单个传感器单节点进行调制识别时的识别率。王金奎在《分布式频谱传感器网络设计》中给出了分布式频谱传感器网络方案设计、应用模式、系统关键技术。李赞、张学平等在《新一代电磁频谱监测网的设计与应用》中提出了构建基于无线传感器网络的新一代电磁频谱监测网，探讨了网络的组成结构和功能作用，分析了建设新一代电测频谱监测网的意义。
[0005]目前，传统的特征参数提取主要是基于一个中心站进行。由于短距离通信业务的发展，提出了分布式调制识别的需求，因此分布式特征参数提取是一个创新点。但由于基于无线传感器网络进行，又带来了网络能耗有限的问题，本发明主要解决分布式特征提取过程中的降低网络能耗问题。
【发明内容】
[0006]未解决上述问题，本发明提供了一种无线传感器网络分布式信号特征参数提取方法。
[0007]本发明提供的一种无线传感器网络分布式信号特征参数提取方法，包括:
[0008]A)无线传感器网络的中心节点向所述网络中的N个监测节点发送特征提取指令；
[0009]B)每个监测节点根据所述特征提取指令建立一个簇，其每个簇包含一个监测节点与一个或多个邻居节点，并将簇中能量最大的一个节点作为簇头节点，其它节点作为簇成员节点；
[0010]C)簇内各个节点分别采集不同的信号特征参数，并将采集到的信号特征参数存储至簇头节点；
[0011]D)N个簇的簇头节点分别将各自的信号特征参数发送至中心节点，以供中心节点进行分类识别。[0012]优选地，所述步骤A)包括:
[0013]中心节点选取N个监测节点，并通过广播方式向所述N个监测节点发送特征提取指令。
[0014]优选地，所述步骤B)包括:
[0015]BI)每个监测节点根据所述特征提取指令，向其邻居节点发送网络建立请求，并与响应所述网络建立请求的一个或多个邻居节点形成一个簇；
[0016]B2)所述簇的各个节点通过相互交换能量信息，得到具有最大能量的节点，并将所述具有最大能量的节点作为簇头节点，其它节点作为簇成员节点。
[0017]优选地,在所述步骤BI)中,所述监测节点与在先响应的M个节点形成一个簇。
[0018]优选地,所述步骤C)包括:
[0019]Cl)簇头节点在簇内分配特征提取任务；
[0020]C2)簇内各个节点相互交换信噪比信息，并按照信噪比信息，采集所述特征提取任务中相应的信号特征参数。
[0021]优选地,所述步骤C2)包括:
[0022]簇内各个节点按照其信噪比的大小次序，采集所述特征提取任务中相应优先级别的信号特征参数。
[0023]优选地,所述步骤D)包括:
[0024]Dl)建立用于将N个簇头节点的各自信号特征参数传递给中心节点的路由关系；
[0025]D2)每个簇头根据所述路由关系，确定将信号特征参数传递到上一级簇头节点的传递路径，并将信号特征参数发送给所述上一级簇头节点；
[0026]D3)所述上一级簇头节点通过确定其传递路径，转发所收到的信号特征参数，并在转发过程中加入自己的信号特征参数，从而把N个簇头节点的信号特征参数传递给中心节点。
[0027]优选地,所述步骤Dl)包括:
[0028]每个簇头节点计算与其它簇头节点之间的通信代价；
[0029]每个簇头节点利用所述通信代价，建立包含一个或多个待选上一级簇头节点的本地路由信息表，从而形成从N个簇头节点至中心节点的路由关系。
[0030]优选地,所述步骤D2)包括:
[0031]每个簇头节点根据其与一个或多个待选上一级簇头节点的通信代价，计算所述一个或多个待选上一级簇头节点的选择概率，并根据所述选择概率的大小，确定信号特征参数传递到上一级簇头节点的传递路径。
[0032]与现有技术相比较，本发明的有益效果在于:
[0033]本发明能够对信号特征参数进行分布式提取，并在提取过程中实现网络总体能耗的平稳降低，最大限度延长网络的寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1是本发明提供的一种无线传感器网络分布式信号特征参数提取方法原理框图；
[0035]图2是本发明实施例提供的一种无线传感器网络分布式信号特征参数提取流程图。
【具体实施方式】
[0036]以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0037]图1是本发明提供的一种无线传感器网络分布式信号特征参数提取方法原理框图，如图1所示,包括:
[0038]步骤101、无线传感器网络的中心节点向所述网络中的N个监测节点发送特征提取指令。
[0039]在所述步骤101中，中心节点随机选取网络中的N个监测节点，并通过广播方式向所述N个监测节点发送特征提取指令，启动特征参数提取过程。
[0040]步骤102、每个监测节点根据所述特征提取指令建立一个簇，其每个簇包含一个监测节点与一个或多个邻居节点，并将簇中能量最大的一个节点作为簇头节点，其它节点作为簇成员节点。
[0041]在所述步骤102中，每个监测节点根据所述特征提取指令，向其邻居节点发送网络建立请求，并与响应所述网络建立请求的一个或多个邻居节点形成一个簇；所述簇的各个节点通过相互交换能量信息，得到具有最大能量的节点，并将所述具有最大能量的节点作为簇头节点，其它节点作为簇成员节点。
[0042]进一步地,收到特征提取指令的监测节点可以与最先响应的M个节点组成一簇，这M+1个节点相互交换自身的能量信息，选取能量值最大的节点作为簇头节点，即将其中能量最大的节点作为簇头节点，其它M个节点作为簇成员节点。
[0043]步骤103、簇内各个节点分别采集不同的信号特征参数，并将采集到的信号特征参数存储至簇头节点。
[0044]在所述步骤103中，簇头节点在簇内分配特征提取任务，簇内各个节点相互交换信噪比信息，并按照信噪比信息，采集所述特征提取任务中相应的信号特征参数。
[0045]进一步地，簇内各个节点按照其信噪比的大小次序，采集所述特征提取任务中相应优先级别的信号特征参数。具体地说，信噪比较高的节点可以采集优先级别较低的信号特征参数。
[0046]以M=5为例，簇头节点在网络内分配特征提取任务，各节点根据自身所处环境的信噪比情况决定采集哪一个信号特征参数,按照优先顺序Ra> σ af> σ aa> y max> σ dp> σ ap,信噪比最低的节点采集Ra，信噪比最高的节点将采集Oap，其它以此类推。所有节点将采集到的信号特征参数一跳发送给簇头节点。通过这种方式可以使得整体的识别正确率得到提高。
[0047]其中:常用时频域的信号特征参数包括:
[0048]1、零中心归一化瞬时幅度之谱密度最大值Yniax
[0049]y max=max | FFT [acn (i) ] 12/Ns
[0050]式中，Ns为取样点数，acn(i)为零中心归一化瞬时幅度，由下式计算:
[0051]acn(i)=aji)_l
[0052]式中，
【权利要求】
1.一种无线传感器网络分布式信号特征参数提取方法，其特征在于，包括: A)无线传感器网络的中心节点向所述网络中的N个监测节点发送特征提取指令； B)每个监测节点根据所述特征提取指令建立一个簇，其每个簇包含一个监测节点与一个或多个邻居节点，并将簇中能量最大的一个节点作为簇头节点，其它节点作为簇成员节占.C)簇内各个节点分别采集不同的信号特征参数，并将采集到的信号特征参数存储至簇头节点； D)N个簇的簇头节点分别将各自的信号特征参数发送至中心节点，以供中心节点进行分类识别。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A)包括: 中心节点选取N个监测节点，并通过广播方式向所述N个监测节点发送特征提取指令。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B)包括: BI)每个监测节点根据所述特征提取指令，向其邻居节点发送网络建立请求，并与响应所述网络建立请求的一个或多个邻居节点形成一个簇； B2)所述簇的各个节点通过相互交换能量信息，得到具有最大能量的节点，并将所述具有最大能量的节点作为簇头节点，其它节点作为簇成员节点。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤BI)中，所述监测节点与在先响应的M个节点形成一个簇。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C)包括: Cl)簇头节点在簇内分配特征提取任务； C2)簇内各个节点相互交换信噪比信息，并按照信噪比信息，采集所述特征提取任务中相应的信号特征参数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤C2)包括: 簇内各个节点按照其信噪比的大小次序，采集所述特征提取任务中相应优先级别的信号特征参数。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤D)包括: Dl)建立用于将N个簇头节点的各自信号特征参数传递给中心节点的路由关系； D2)每个簇头根据所述路由关系，确定将信号特征参数传递到上一级簇头节点的传递路径，并将信号特征参数发送给所述上一级簇头节点； D3)所述上一级簇头节点通过确定其传递路径，转发所收到的信号特征参数，并在转发过程中加入自己的信号特征参数，从而把N个簇头节点的信号特征参数传递给中心节点。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤Dl)包括: 每个簇头节点计算与其它簇头节点之间的通信代价； 每个簇头节点利用所述通信代价，建立包含一个或多个待选上一级簇头节点的本地路由信息表，从而形成从N个簇头节点至中心节点的路由关系。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤D2)包括: 每个簇头节点根据其与一个或多个待选上一级簇头节点的通信代价，计算所述一个或多个待选上一级簇头节点的选择概率，并根据所述选择概率的大小，确定信号特征参数传递到上一级簇头节点的传递路径。
【文档编号】H04W24/00GK103974276SQ201310032559
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年1月29日 优先权日:2013年1月29日
【发明者】徐启建, 张 杰, 党月芳 申请人:中国人民解放军总参谋部第六十一研究所