[發明專利]用于無線傳感網擴展類分多址訪問的帶寬分配方法

無效

• 申請號: 201010591802.6
• 申請日: 2010-12-08
• 公開（公告）號: CN102026202A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 王新;楊晨陽
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H04W16/10
• 分類號: H04W16/10;H04W84/18
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

技術領域

本發明涉及一種用于無線傳感網擴展類分多址訪問的帶寬分配方法，屬于無線通信技術領域。

背景技術

無線傳感網是一類在工農業生產、智能家居、環境監測等領域有著廣泛應用的無線通信網絡。無線傳感網通常由大量傳感器節點和一個融合中心構成，負責觀測環境中的溫度、濕度等物理量。傳感器節點搭載有傳感元件，可對諸如溫度、濕度等物理量進行觀測，然后傳感器節點將觀測結果通過通信電路傳輸給融合中心。受到通信帶寬，能耗等因素的限制，傳感器節點在進行通信時需要選擇帶寬效率，能量效率較高的通信方案傳輸各自的觀測，同時還需要通信方案具有較低的復雜度。融合中心則根據接收到的來自各個節點的信號做出對所觀測物理量的估計。

由于無線傳感網中通常具有較多的節點，因此若采用傳統的正交多址訪問技術，即給各個節點分配正交的信道資源，其所需帶寬會因隨節點數增多而增加，帶寬利用效率也隨之下降。

在無線傳感網中，融合中心為了得到被觀測物理量的估計值，通常無需得到各個傳感器節點的原始觀測信息，這使得在無線傳感網中使用非正交多址訪問技術成為可能。常見的非多址訪問傳輸方法包括模擬幅度調制傳輸、類分多址訪問傳輸等。

在類分多址訪問傳輸時，需要首先依據各個節點的觀測，將傳感器節點劃分為節點類，然后為每個節點類分配一個正交波形，即一個單位的帶寬資源。屬于同一節點類的節點傳輸同一正交波形，這些傳輸信號經過無線多址信道在融合中心處疊加，形成融合中心的接收信號。融合中心根據接收信號估計被觀測物理量。

類分多址適用于加性高斯白噪聲多址信道和信道衰落系數均值不等于零的衰落無線多址信道，但在實際中，無線多址信道的信道衰落系數往往為零均值。當信道衰落系數為零均值時，使用類分多址傳輸方式后，融合中心的估計性能會劇烈惡化。

為解決該問題，一些方案考慮讓融合中心向每個節點反饋信道信息，這樣節點在發射信號時可以補償信道衰落，形成等價的非零均值信道。

考慮融合中心向節點的反饋信息后，無線傳感網對環境中物理量的觀測過程由以下幾個步驟組成：

1.節點使用傳感器元件觀測物理量。

2.節點將觀測結果傳輸給融合中心。

3.融合中心接收來自節點的信號，估計被觀測物理量，匯報給用戶。

4.融合中心計算反饋量，反饋給節點。

5.節點接收反饋量并根據反饋量更新發射方案，重復步驟1至5，進行下一次觀測。

雖然融合中心反饋節點的信道信息可以提高估計的性能，但反饋信道信息需要節點向融合中心發射用于信道估計的訓練序列，融合中心需要分別向每個節點傳輸各自的信道信息，上述兩個過程都需要通過正交多址訪問來實現，這樣在大規模無線傳感網中，仍然無法避免帶寬效率較低的問題。

通過更好地設計融合中心至傳感器節點的反饋量，可以使反饋通過廣播來實現，即無需給每個節點反饋不同的信息，從而提高信道利用效率。在反饋信息的基礎上，可以設計傳感器節點的帶寬分配方法，提高融合中心估計的性能，從而同時提高無線傳感網對被觀測參數的觀測質量和通信帶寬利用效率，解決現有技術的不足。

發明內容

本發明的目的是提出一種用于無線傳感網擴展類分多址的帶寬分配方法，以更高效地利用帶寬資源，并提高融合中心對待觀測參數的估計質量和通信帶寬的使用效率。

本發明提出的用于無線傳感網擴展類分多址訪問的帶寬分配方法，包括以下各步驟：

(1)無線傳感網中的各節點對無線傳感網工作環境中的參數θ進行觀測，得到觀測結果x_i，節點將觀測結果x_i進行M階量化，將M個量化值定義為S_m，m＝1，…，M，量化值相同的節點劃分為一個節點類，設第i個節點的量化值為S_m，則第i個節點屬于m節點類；

(2)在初始狀態下，每個節點為每個節點類均勻分配初始K_m個帶寬，每個節點根據分配的帶寬，生成的正交波形為：φ_m，k(t)，m＝1，…，M，k＝1，…，K_m，其中0≤t≤T，T為正交波形的時間寬度；

(3)每個節點生成的正交波形中選擇一個正交波形，向無線傳感網中的融合中心傳輸觀測結果，選擇方法為：設第i個節點屬于m節點類，則該節點從為m節點類分配的上述K_m個正交波形中任意選擇一個，使該節點的發射信號為：