[發(fā)明專(zhuān)利]異構(gòu)無(wú)線傳感網(wǎng)中基于定位信息的壓縮頻譜感知方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310639225.7
• 申請(qǐng)日: 2013-12-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103684634A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 齊麗娜;范瑞春;張凱;李紅
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04B17/00
• 分類(lèi)號(hào): H04B17/00;H04W84/18
• 代理公司: 江蘇愛(ài)信律師事務(wù)所 32241
• 代理人: 許峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明針對(duì)存在大量無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的異構(gòu)無(wú)線傳感網(wǎng)（HWSN：Heterogene?ous?Wireless?Sensor?Network）需要對(duì)當(dāng)前頻譜狀態(tài)進(jìn)行快速感知的問(wèn)題，提出一種基于定位信息的低復(fù)雜度壓縮頻譜感知方法，屬于動(dòng)態(tài)頻譜感知技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)，通過(guò)無(wú)線通信方式形成的一個(gè)多跳自組織網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)作地感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域內(nèi)被感知對(duì)象的信息。在一個(gè)異構(gòu)無(wú)線傳感網(wǎng)中，存在多種不同類(lèi)型的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，其所處環(huán)境的較寬頻帶的頻譜資源使用情況復(fù)雜多變。為了能夠快速準(zhǔn)確的為各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)分配頻譜資源，完成頻譜的動(dòng)態(tài)接入，降低節(jié)點(diǎn)間的相互干擾，提高頻譜使用效率，需要對(duì)當(dāng)前的頻譜資源使用情況進(jìn)行快速準(zhǔn)確地感知。

壓縮頻譜感知能夠解決寬帶頻譜感知中對(duì)硬件要求過(guò)高的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)具有頻域稀疏性的信號(hào)進(jìn)行壓縮測(cè)量后重建的方法，能夠有效降低系統(tǒng)的采樣率要求；同時(shí)，可以采用模擬-信息轉(zhuǎn)換器（A/C：Analog?to?Information?Converter）來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬寬帶信號(hào)的壓縮采樣，省去了傳統(tǒng)信號(hào)處理中的模數(shù)變換（A/D：Analog?to?Digital?Converter）、量化、預(yù)測(cè)等部分，使得信號(hào)獲取非常簡(jiǎn)單，很大程度上降低了設(shè)備的復(fù)雜度。

通過(guò)增加定位信息能夠在獲取當(dāng)前電磁環(huán)境頻譜使用情況的同時(shí)，獲取各類(lèi)授權(quán)用戶的空間位置及發(fā)送功率等信息，為異構(gòu)無(wú)線傳感網(wǎng)控制節(jié)點(diǎn)提供更加充分、準(zhǔn)確的電磁環(huán)境信息，實(shí)現(xiàn)高性能的動(dòng)態(tài)頻譜接入。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明主要是充分利用壓縮感知技術(shù)和分簇技術(shù)，提供適用于異構(gòu)無(wú)線傳感網(wǎng)的有效的頻譜檢測(cè)以及授權(quán)用戶定位方法，從而在較低壓縮率的情況下快速、準(zhǔn)確得獲取當(dāng)前電磁環(huán)境中授權(quán)用戶的多維頻譜信息，包括授權(quán)用戶位置、發(fā)送功率及使用頻段等。

技術(shù)方案：本發(fā)明主要包括三個(gè)方面的內(nèi)容：一是針對(duì)異構(gòu)無(wú)線傳感網(wǎng)的特點(diǎn)建立頻譜感知的系統(tǒng)模型；二是針對(duì)中心控制節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)量過(guò)大的問(wèn)題，采用了分簇的方法，有效的降低了中心控制節(jié)點(diǎn)的計(jì)算量；三是基于壓縮感知理論，對(duì)單個(gè)無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的壓縮數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合的恢復(fù)，從而得到當(dāng)前授權(quán)用戶的多維頻譜信息。

首先針對(duì)異構(gòu)無(wú)線傳感網(wǎng)的特點(diǎn)以及進(jìn)行頻譜感知的目的，建立異構(gòu)無(wú)線傳感網(wǎng)中的頻譜感知系統(tǒng)模型；然后考慮到異構(gòu)無(wú)線傳感網(wǎng)中存在大量傳感節(jié)點(diǎn)，中心控制節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)處理困難的問(wèn)題，提出基于分簇的本地信息處理方法；最后基于壓縮感知理論，提出異構(gòu)無(wú)線傳感網(wǎng)授權(quán)用戶多維信息獲取方法。

建立異構(gòu)無(wú)線傳感網(wǎng)頻譜感知系統(tǒng)模型的方法為：

假設(shè)異構(gòu)無(wú)線傳感網(wǎng)中有N_r個(gè)無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)被隨機(jī)部署到一個(gè)R×C大小的區(qū)域內(nèi)開(kāi)展工作，每個(gè)無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)位置已知，位于點(diǎn)(a_i,b_i)，i∈{1,2,...,N_r}。在該區(qū)域內(nèi)隨機(jī)分布著N_p個(gè)授權(quán)用戶，位置不確定。為了使模型離散化，假定每個(gè)授權(quán)用戶位于點(diǎn)(x_r,y_c)，x_r∈{0,Δx,...,(R-1)Δx}，y_c∈{0,Δy,...,(C-1)Δy}，Δx，Δy分別是x軸和y軸的單位長(zhǎng)度。該區(qū)域內(nèi)的寬帶頻譜被分割成N_ch個(gè)相鄰且互不重疊的窄帶信道，假定它們的中心頻率為每個(gè)授權(quán)用戶可能利用這些信道中的任意一個(gè)進(jìn)行通信。這些無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)對(duì)全部信道的使用情況進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)信息發(fā)送到異構(gòu)無(wú)線傳感網(wǎng)的中心控制節(jié)點(diǎn)，由中心控制節(jié)點(diǎn)最終做出判斷，如果檢測(cè)到空閑頻段他們就可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)頻譜接入。

基于分簇的本地信息處理方法為：

在系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，按地理位置先對(duì)傳感節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分簇并在每個(gè)簇中選擇一個(gè)簇頭。針對(duì)異構(gòu)無(wú)線傳感網(wǎng)當(dāng)前電磁環(huán)境可使用頻帶較寬，即需要進(jìn)行寬帶頻譜感知的問(wèn)題，每個(gè)簇內(nèi)的傳感節(jié)點(diǎn)首先利用壓縮感知理論對(duì)分別對(duì)當(dāng)前電磁環(huán)境中的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)的壓縮，然后將各自的壓縮數(shù)據(jù)乘以一個(gè)加權(quán)系數(shù)發(fā)送給簇頭，簇頭再把接收到的加權(quán)后的壓縮數(shù)據(jù)發(fā)送到中心控制節(jié)點(diǎn)。

異構(gòu)無(wú)線傳感網(wǎng)用戶多維信息獲取方法為：