一种基于区块链结构的电磁频谱数据库的制作方法

本发明涉及空间复杂电磁频谱检测技术领域。更具体的说，是一种基于区块链结构的分布式电磁频谱数据库。

背景技术：

随着无线电技术的不断发展和广泛应用，社会对无线电频谱的需求日益增加，导致频谱的供需差距日益扩大。大量的已授权频谱在时间和空间上没有得到充分利用，存在大量的频谱空穴，导致频谱资源利用率较低。与此同时，频谱监测设备扫描速度的加快，实时带宽的扩大和cr终端的部署增多，使电磁波谱探测到的数据量呈指数增长，从时域、频域和空间域三个维度都有不同的数据，电磁频谱数据迎来了大数据时代。连续的大规模频谱检测数据的实时处理对频谱数据库是一个非常重大的挑战。目前频谱数据库主要以集中式为主，传输时延达大且要求中心节点具有较强的计算处理能力。中心节点包含所有用户的数据信息，一旦中心节点崩溃，数据可能完全丢失，整个系统将瘫痪。而分布式频谱数据库能进行本地化处理,将繁琐的数据处理分散到各个节点，从而提高了数据处理效率。区块链是一种按时间顺序连接的链式数据结构，是一种新的分布式数据存储应用模式。频谱感知数据按时间顺序组合存储在各节点中，由各节点共同维护。一个节点的故障不会导致整个系统崩溃，这提高了系统的可伸缩性和可靠性。次级用户通过访问检测节点的数据库来获得频谱环境信息。次级用户可以通过信号源的参数分析电磁频谱环境，并制定相应的快速动态频谱接入。

技术实现要素：

为了更加高效的完成电磁频谱检测，实现频谱三维可视化分析，提高频谱利用率和系统可伸缩性及可靠性。本发明使用分布式频谱数据库代替集中式数据库架构，提出了一种基于源参数的频谱检测方法，记录信号源的中心频率，带宽，位置和自由空间中的传播损耗特征等参数，实时计算频谱占用情况，并以地频谱图的形式实现电磁频谱可视化。传统的频谱数据库在存储具有能量值的频谱数据时，数据冗余度高。本发明提出用区块链结构存储信号源的瞬时参数。将时间戳作为数据块的链接id，端到端连接每个数据块，建立分布式频谱数据库。次级用户通过访问每个节点来获取完整的频谱数据。次级用户可以通过信号源的参数分析电磁频谱环境，制定相应的快速动态频谱接入策略。

本发明的技术方案如下：

1.信号特征提取：运用信号识别的方法识别某一频段某一信号，通过扫频的形式获得目标频段的数据，并从中解析出信号源的幅值和相位等信号特征，通过测向方法得到信号源的方位角完成测向。

2.频谱协同检测：使用协同检测方法获取信号源的地理位置，中心频点，带宽，并计算信道占用度等参数，检测节点共享数据到检测网络中，每个节点都可访问到其它节点的检测信息并在本地进行数据分析。

3.构建频谱数据库：区块链是一种数据区块按时间顺序连接的链式数据结构，将时间戳作为数据块的链接id，端到端连接每个数据块，建立分布式频谱数据库。频谱数据以区块链的形式永久存储在网络中，每个节点都可访问其它节点的频谱数据。

本发明的有益效果是：采用分布式频谱数据库代替集中式数据库架构。传输时延小，将繁琐的数据处理分散到各个节点，提高了数据处理效率。区块链是一种数据区块按时间顺序连接的链式数据结构，频谱感知数据按时间顺序组合存储在各节点中，由各节点共同维护。一个节点的故障不会导致整个系统崩溃，这提高了系统的可伸缩性和可靠性。根据各节点对频谱检测工作的贡献，确定了动态频谱接入的优先级，完成动态频谱接入。

附图说明

图1是分布式频谱数据库中的区块数据结构。

图2是电磁频谱信号分布图。

具体实施公式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案:

本发明使用分布式频谱数据库代替集中式数据库架构，提出了一种基于源参数的频谱检测方法,运用信号识别的方法识别某一频段某一信号，若为同一信号，通过扫频的形式获得目标频段的数据，即信号源中心频率，带宽，幅度，相位等特征信息。运用信号源测向方法测出该信号的方位角。如附图1所示，检测数据存在“交易区块”中，共享到检测网络中，每个节点可接收到其他节点的“交易区块”，每一个节点在本地进行数据分析。通过协同检测方法得到信号源的位置估计，实时计算信道占用度以及信号源在自由空间内的传播损耗，节点与信号源的距离等参数。最后，将节点数据存储到本地区块链数据库中，建立分布式频谱数据库，提高系统的可靠性及数据处理效率。

当次级用户访问节点时，次级用户可以通过信号源的参数，如带宽，中心频率，信信号占用度等分析电磁频谱环境。如附图2所示，运用信号源的参数描述电磁频谱环境，并以地频谱图的形式实现电磁频谱可视化，制定相应的快速动态频谱接入策略。

技术特征：

1.提出了一种基于源参数的协同频谱检测方法，通过记录信号源的中心频率，带宽，自由空间中的传播损耗特征和位置等参数，实时计算的频谱占用情况，并以地频谱图的形式实现电磁频谱可视化。

2.在分布式频谱数据库中，检测数据存储在“交易区块”中，共享到检测网络中，每个节点可接收到其他节点的“交易区块”，每一个节点在本地进行数据分析，将繁琐的数据处理分散到各个节点，从而提高了数据处理效率。

3.提出用区块链结构存储信号源的瞬时参数，区块链是一种数据区块按时间顺序连接的链式数据结构，是一种新的分布式数据存储应用模式，频谱感知数据按时间顺序组合存储在各节点中，由各节点共同维护。

4.次级用户通过访问每个节点来获取完整的频谱数据，且可以通过信号源参数分析电磁频谱环境，制定相应的快速动态频谱接入策略，提高了频谱利用率。

技术总结
目前频谱数据库主要以集中式为主，传输时延大且要求中心节点具有较强的计算处理能力。本发明使用分布式频谱数据库代替集中式数据库架构，提高数据库的容错性。针对传统的宽带能量检测方法的不足，提出了一种基于源参数的协同频谱检测方法，记录信号源的中心频率，带宽，自由空间中的传播损耗特征和位置等特征参数，实时计算的频谱占用情况。传统的数据库在存储频谱数据时，冗余度高。本发明提出用区块链结构存储信号源的瞬时参数，将时间戳作为数据块的链接ID，端到端连接每个数据块，建立分布式频谱数据库。本发明一是种基于区块链结构的电磁频谱数据库，系统应用大数据技术，实现了频谱三维可视化分析和多节点协同感知，提高了频谱利用率。

技术研发人员：张永辉;陈真佳;马明明
受保护的技术使用者：海南大学
技术研发日：2019.03.17
技术公布日：2020.09.25