[發(fā)明專利]一種智能照明燈具通信傳輸信道選擇方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910541435.X
• 申請日: 2019-06-21
• 公開（公告）號: CN110278590B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐曉冰;金孝志;朱毅;徐超;李奇越
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)智能制造技術(shù)研究院
• 主分類號: H04W36/00
• 分類號: H04W36/00;H04W36/30;H04W48/16
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

1.一種智能照明燈具的通信傳輸信道選擇方法，所述智能照明燈具中包含有若干個ZigBee終端節(jié)點，所述ZigBee終端節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器進行通信并形成通信網(wǎng)絡(luò)；其特征是，所述傳輸信道選擇方法是如下步驟進行：

步驟1、所述網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器在所述通信網(wǎng)絡(luò)中生成一個備選信道序列，并廣播至所有ZigBee終端節(jié)點，使得所述ZigBee終端節(jié)點得到所述備選信道序列；

步驟2、根據(jù)已知信道狀態(tài)序列的隱馬爾可夫模型預(yù)測通信信道未來空閑的概率與空閑時間期望；

步驟2.1、建立已知信道狀態(tài)序列的隱馬爾可夫模型參數(shù)為λ＝{S,O,π,A,B}，所述信道狀態(tài)序列包括信道的隱藏狀態(tài)序列和檢測狀態(tài)序列，其中，S為由N個信道編號組成的信道隱藏狀態(tài)集，且S＝{s_n|n＝1,2,...,N}，s_n為第n個信道編號，令t時刻的信道隱藏狀態(tài)x_t∈S，則由T個時刻的信道隱藏狀態(tài)組成的隱藏狀態(tài)序列記為x^T＝{x_t|t＝1,2,...,T,x_t∈S}，根據(jù)所述隱藏狀態(tài)集建立已知信道狀態(tài)序列的隱馬爾可夫隱藏狀態(tài)系統(tǒng)模型；O為檢測到的信道狀態(tài)集，且O＝{0,1}，當(dāng)O＝0時，表示信道的狀態(tài)為空閑，當(dāng)O＝1時，表示信道的狀態(tài)為忙碌；令t時刻檢測到的信道狀態(tài)為y_t∈O，則由T個時刻檢測到的信道狀態(tài)組成的檢測狀態(tài)序列記為y^T＝{y_t|t＝1,2,...,T,y_t∈O}；π是信道初始狀態(tài)分配矩陣；A是信道狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣，且是信道隱藏狀態(tài)集S中從第j個信道編號s_j轉(zhuǎn)移到第i個信道編號s_i的概率，并有：Pr(·)是概率函數(shù)；i,j∈[1,N]；B表示條件概率矩陣，且B＝{b_j(k)}，b_j(k)表示k時刻檢測到的信道狀態(tài)為y_k∈O，而隱藏信道狀態(tài)為s_j∈S的條件概率；t,k∈[1,T]；根據(jù)建立的已知狀態(tài)序列的隱馬爾可夫隱藏狀態(tài)系統(tǒng)模型，

步驟2.2、利用T時間內(nèi)得到的隱藏狀態(tài)序列x^T和檢測狀態(tài)序列y^T采用貝葉斯信號處理方法對信道狀態(tài)轉(zhuǎn)換估計參數(shù)和b_j(k)不斷更新，從而得到更新后的信道狀態(tài)轉(zhuǎn)換估計參數(shù)和b_j′(k)；

步驟2.3、利用式(1)得到隱藏狀態(tài)序列概率Pr(x^T)：

式(1)中，是信道隱藏狀態(tài)集S中從t-1時刻的信道隱藏狀態(tài)x_t-1轉(zhuǎn)移到t時刻的信道隱藏狀態(tài)x_t的概率；

步驟2.4、在已知隱藏狀態(tài)序列x^T下，利用式(2)得到檢測狀態(tài)序列y^T的條件概率Pr(y^T|x^T)：

式(2)中，是表示t時刻檢測到的信道狀態(tài)為y_t∈O，而隱藏信道狀態(tài)為x_t∈S的條件概率；

步驟2.5、根據(jù)乘法準(zhǔn)則和邊際分布定律，利用式(3)得到檢測狀態(tài)序列y^T的概率Pr(y^T)：

步驟2.6、在已知隱藏狀態(tài)序列x^T和檢測狀態(tài)序列y^T的條件下，利用式(4)得到在T時刻所述ZigBee終端節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器時隙時間T₁內(nèi)檢測狀態(tài)序列的概率

式(4)中，是信道時隙時間T₁的檢測狀態(tài)序列，且

步驟2.7、利用式(5)得到從T時刻到T+T₂時刻的信道空閑概率

式(5)中，是信道時隙時間T₂的檢測狀態(tài)序列，且是表示t時刻檢測到的信道狀態(tài)為空閑，而隱藏信道狀態(tài)為x_t∈S的條件概率；

步驟2.8、利用式(6)得到從T-T₁+1時刻到T+T₂時刻的信道時隙時間T₁+T₂的聯(lián)合概率

步驟2.9、假設(shè)T時刻用于智能照明的通信信道為信道編號為s_m的通信信道，且s_m∈S，即t時刻的信道隱藏狀態(tài)x_T＝s_m，則基于已知信道時隙時間T₁內(nèi)的檢測狀態(tài)序列利用式(7)得到信道編號為s_m的信道T時刻后的空閑時間期望E(T₂)_m：

式(7)中，是信道時隙時間T₂的觀測狀態(tài)序列，且

步驟2.10、基于已知信道時隙時間T₁內(nèi)的檢測狀態(tài)序列將信道編號為s_m的通信信道的空閑概率表示為

步驟3、令τ_L為忙碌的閾值，τ_H為空閑的閾值；

當(dāng)時，即信道編號為s_m的通信信道未來大概率忙碌，則執(zhí)行步驟4；

當(dāng)即信道編號為s_m的通信信道未來大概率空閑，則，將T+1賦值給T后返回執(zhí)行步驟2.2，繼續(xù)在信道編號為s_m的通信信道中通信；

步驟4、假設(shè)S_A是所述通信網(wǎng)絡(luò)中備選信道編號的集合，利用式(8)得到最佳信道Ch：

式(8)中，s_a為S中第a個信道編號，s_a∈S_A，T₂為時隙時間，E(T₂)_a代表信道編號為s_a的信道空閑時間期望，argmax(·)表示取最大值集合；

步驟5、所述網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器將選取的最佳信道Ch替換所述備選信道序列，并將替換后的備選信道序列廣播至若干個ZigBee終端節(jié)點，使得所述ZigBee終端節(jié)點得到替換后的備選信道序列并用于更新本地的信道序列；所述ZigBee終端節(jié)點根據(jù)替換后的備選信道序列切換到最佳信道Ch，從而完成通信網(wǎng)絡(luò)中ZigBee終端節(jié)點的信道選擇。