專利名稱：一種異構(gòu)無線mesh網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)與估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種異構(gòu)無線mesh網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)與估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
無線mesh網(wǎng)絡(luò)是一種自組織型的寬帶網(wǎng)絡(luò)，在提供多跳連接鏈路同時(shí)，也要適應(yīng)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，包括網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部和網(wǎng)絡(luò)之間的無線信道干擾。首先，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部無信息交換和接入控制中心，從而使之面臨“隱藏終端”和“暴露終端”問題，物理信道“載波監(jiān)聽”無法解決邏輯信道沖突；其次，異構(gòu)無線mesh網(wǎng)絡(luò)使用“載波監(jiān)聽”難以監(jiān)測(cè)其相互間的干擾。因此，作為自組織型的無線mesh網(wǎng)絡(luò)需要尋求其他途徑獲得其網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部工作狀態(tài)和外部無線環(huán)境。
目前，作為傳輸平臺(tái)的無線mesh網(wǎng)絡(luò)具有網(wǎng)絡(luò)信息的多點(diǎn)采集能力，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建的測(cè)量網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和策略提升了無線mesh網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部工作狀態(tài)的感知能力。然而，卻忽略了無線mesh網(wǎng)絡(luò)中多跳時(shí)延對(duì)于測(cè)量信息融合準(zhǔn)確度的影響；另一方面也未解決其網(wǎng)絡(luò)外部無線環(huán)境的感知，即異構(gòu)的無線mesh網(wǎng)絡(luò)帶來的隱藏/暴露終端問題。在同構(gòu)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的組網(wǎng)模式下，可通過鏈路層的RTS-CTS-ACK機(jī)制判定隱藏/暴露終端。在mesh組網(wǎng)模式下依靠DBTMA協(xié)議可解決隱藏/暴露終端問題。但是在異構(gòu)無線mesh網(wǎng)絡(luò)中，原有的 RTS-CTS-ACK機(jī)制無法識(shí)別隱藏/暴露終端。
綜上所述現(xiàn)有的無線mesh網(wǎng)絡(luò)采用的二層協(xié)議以及RTS_CTS_ACK機(jī)制主要解決了同構(gòu)mesh網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和隱藏暴露終端的估計(jì)，而無法解決異構(gòu)無線 mesh網(wǎng)絡(luò)之間工作狀態(tài)和環(huán)境的監(jiān)測(cè)以及其內(nèi)部隱藏暴露終端的估計(jì)和判定。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服異構(gòu)無線mesh網(wǎng)絡(luò)二層協(xié)議的無法互通問題，解決異構(gòu)無線mesh網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)信息的監(jiān)測(cè)和融合以及隱藏/暴露終端的估計(jì)和判定。 使得異構(gòu)無線mesh網(wǎng)絡(luò)獲得更加準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)信息和更小的誤檢概率，達(dá)到對(duì)mesh網(wǎng)絡(luò)更好的控制。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提供一種異構(gòu)無線mesh網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)與估計(jì)方法，其特征在于
A、異構(gòu)無線mesh網(wǎng)絡(luò)由測(cè)量網(wǎng)絡(luò)和傳輸網(wǎng)絡(luò)組成。測(cè)量網(wǎng)絡(luò)包含測(cè)量節(jié)點(diǎn)和測(cè)量信息融合節(jié)點(diǎn)。測(cè)量信息融合節(jié)點(diǎn)利用各個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)獲得的測(cè)量信息之間的強(qiáng)相關(guān)特性，分離出各個(gè)被測(cè)節(jié)點(diǎn)的信息時(shí)間序列，同時(shí)對(duì)多個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)測(cè)得的信息時(shí)間序列進(jìn)行空間融合。采用時(shí)空融合方案解決測(cè)量節(jié)點(diǎn)地理位置的差異以及測(cè)量信息到達(dá)時(shí)間不同步的問題，實(shí)現(xiàn)被測(cè)節(jié)點(diǎn)的融合判決；
B、測(cè)量網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)根據(jù)測(cè)量信息的物理頻譜特性，監(jiān)測(cè)出異構(gòu)無線mesh網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間的通信工作對(duì)。采用基于相關(guān)性的判定策略，根據(jù)各個(gè)通信工作對(duì)之間信息的互相關(guān)特性，解決異構(gòu)無線mesh網(wǎng)絡(luò)中的隱藏/暴露終端問題。
所述步驟A中，異構(gòu)無線mesh網(wǎng)絡(luò)是指兩個(gè)或兩個(gè)以上無線mesh網(wǎng)絡(luò)工作在有重疊的無線頻譜段，不同網(wǎng)絡(luò)之間即使采用相同的協(xié)議也無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議溝通。 測(cè)量網(wǎng)絡(luò)是在無線mesh傳輸網(wǎng)絡(luò)中選取一部分節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的。所述步驟A中，傳輸節(jié)點(diǎn)和測(cè)量節(jié)點(diǎn)在無線mesh網(wǎng)絡(luò)中構(gòu)成空間上的多點(diǎn)測(cè)量體系。每個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)直接獲取被測(cè)節(jié)點(diǎn)的測(cè)量信息并以單跳或多跳的傳輸方式將測(cè)量信息發(fā)送至信息融合節(jié)點(diǎn)。
所述步驟A中，多點(diǎn)測(cè)量體系的單元是由多個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)和一個(gè)被測(cè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，處在不同地理位置的測(cè)量節(jié)點(diǎn)同時(shí)對(duì)某個(gè)被測(cè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)并獲得其信息，同時(shí)利用多組被測(cè)節(jié)點(diǎn)的信息實(shí)現(xiàn)被測(cè)節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)確測(cè)量。
所述步驟A中，測(cè)量節(jié)點(diǎn)測(cè)量周圍多個(gè)被測(cè)節(jié)點(diǎn)，不同測(cè)量節(jié)點(diǎn)測(cè)得的被測(cè)節(jié)點(diǎn)可能部分重合或完全不同，通過不同測(cè)量節(jié)點(diǎn)的測(cè)量信息之間的強(qiáng)相關(guān)特性，分離出各個(gè)被測(cè)節(jié)點(diǎn)的信息，使測(cè)量信息進(jìn)行時(shí)空融合。
所述步驟A中，測(cè)量信息到達(dá)時(shí)間不同步是由于無線mesh網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的空間分布特性和多跳傳輸特性。
所述步驟A中，時(shí)空融合方案具體包括測(cè)量信息融合節(jié)點(diǎn)收集不同測(cè)量節(jié)點(diǎn)的測(cè)量信息，構(gòu)成測(cè)量信息的時(shí)空矩陣；采用時(shí)空融合算法，對(duì)到達(dá)時(shí)間不同步的測(cè)量信息進(jìn)行預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)時(shí)空矩陣中測(cè)量信息的準(zhǔn)同步；對(duì)測(cè)量信息進(jìn)行融合判決。
所述步驟A中，時(shí)空融合算法是針對(duì)測(cè)量信息在地理位置的差異以及測(cè)量信息到達(dá)時(shí)間不同步設(shè)計(jì)的。主要包括信息融合節(jié)點(diǎn)獲得測(cè)量節(jié)點(diǎn)的信息，并將測(cè)量信息離散化為信息時(shí)間序列；選擇合適的信息預(yù)測(cè)方程，根據(jù)測(cè)量信息傳輸經(jīng)歷的跳數(shù)h與預(yù)測(cè)步數(shù)N 的關(guān)系，對(duì)各個(gè)測(cè)量信號(hào)時(shí)間序列實(shí)行提前N步的預(yù)測(cè)；利用測(cè)量信息對(duì)測(cè)量預(yù)測(cè)信息進(jìn)行修正，使預(yù)測(cè)信息誤差在允許的范圍內(nèi)。
所述步驟B中，針對(duì)異構(gòu)無線mesh網(wǎng)絡(luò)終端之間無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的互通，無法在二層協(xié)議上解析通信工作對(duì)。利用測(cè)量信息以及測(cè)量節(jié)點(diǎn)自身的信息在物理層表現(xiàn)出的物理頻譜特性，監(jiān)測(cè)處于雙工狀態(tài)的通信工作對(duì)。
所述步驟B中，基于相關(guān)性的判定策略是根據(jù)測(cè)量信息與測(cè)量節(jié)點(diǎn)自身信息的自相關(guān)和互相關(guān)特性的分析，來識(shí)別隱藏/暴露終端。采用如下互相關(guān)函數(shù)
權(quán)利要求
1.本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提供一種異構(gòu)無線mesh網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)與估計(jì)方法，其特征在于A、異構(gòu)無線mesh網(wǎng)絡(luò)由測(cè)量網(wǎng)絡(luò)和傳輸網(wǎng)絡(luò)組成。測(cè)量網(wǎng)絡(luò)包含測(cè)量節(jié)點(diǎn)和測(cè)量信息融合節(jié)點(diǎn)。測(cè)量信息融合節(jié)點(diǎn)利用各個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)獲得的測(cè)量信息之間的強(qiáng)相關(guān)特性，分離出各個(gè)被測(cè)節(jié)點(diǎn)的信息時(shí)間序列，同時(shí)對(duì)多個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)測(cè)得的信息時(shí)間序列進(jìn)行空間融合。采用時(shí)空融合方案解決測(cè)量節(jié)點(diǎn)地理位置的差異以及測(cè)量信息到達(dá)時(shí)間不同步的問題，實(shí)現(xiàn)被測(cè)節(jié)點(diǎn)的融合判決；B、測(cè)量網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)根據(jù)測(cè)量信息的物理頻譜特性，監(jiān)測(cè)出異構(gòu)無線mesh網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間的通信工作對(duì)。采用基于相關(guān)性的判定策略，根據(jù)各個(gè)通信工作對(duì)之間信息的互相關(guān)特性，解決異構(gòu)無線mesh網(wǎng)絡(luò)中的隱藏/暴露終端問題。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異構(gòu)無線mesh網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)與估計(jì)方法，其特征在于所述步驟A中，異構(gòu)無線mesh網(wǎng)絡(luò)是指兩個(gè)或兩個(gè)以上無線mesh網(wǎng)絡(luò)工作在有重疊的無線頻譜段，不同網(wǎng)絡(luò)之間即使采用相同的協(xié)議也無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議溝通。測(cè)量網(wǎng)絡(luò)是在無線mesh傳輸網(wǎng)絡(luò)中選取一部分節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的。
3.所述步驟A中，多點(diǎn)測(cè)量體系的單元是由多個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)和一個(gè)被測(cè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，處在不同地理位置的測(cè)量節(jié)點(diǎn)同時(shí)對(duì)某個(gè)被測(cè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)并獲得其信息，同時(shí)利用多組被測(cè)節(jié)點(diǎn)的信息實(shí)現(xiàn)被測(cè)節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)確測(cè)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異構(gòu)無線mesh網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)與估計(jì)方法，其特征在于所述步驟A中，測(cè)量節(jié)點(diǎn)測(cè)量周圍多個(gè)被測(cè)節(jié)點(diǎn)，不同測(cè)量節(jié)點(diǎn)測(cè)得的被測(cè)節(jié)點(diǎn)可能部分重合或完全不同，通過不同測(cè)量節(jié)點(diǎn)的測(cè)量信息之間的強(qiáng)相關(guān)特性，分離出各個(gè)被測(cè)節(jié)點(diǎn)的信息， 使測(cè)量信息進(jìn)行時(shí)空融合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異構(gòu)無線mesh網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)與估計(jì)方法，其特征在于所述步驟A中，時(shí)空融合方案具體包括測(cè)量信息融合節(jié)點(diǎn)收集不同測(cè)量節(jié)點(diǎn)的測(cè)量信息，構(gòu)成測(cè)量信息的時(shí)空矩陣；采用時(shí)空融合算法，對(duì)到達(dá)時(shí)間不同步的測(cè)量信息進(jìn)行預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)時(shí)空矩陣中測(cè)量信息的準(zhǔn)同步；對(duì)測(cè)量信息進(jìn)行融合判決。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異構(gòu)無線mesh網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)與估計(jì)方法，其特征在于所述步驟A中，時(shí)空融合算法是針對(duì)測(cè)量信息在地理位置的差異以及測(cè)量信息到達(dá)時(shí)間不同步設(shè)計(jì)的。主要包括信息融合節(jié)點(diǎn)獲得測(cè)量節(jié)點(diǎn)的信息，并將測(cè)量信息離散化為信息時(shí)間序列；選擇合適的信息預(yù)測(cè)方程，根據(jù)測(cè)量信息傳輸經(jīng)歷的跳數(shù)h與預(yù)測(cè)步數(shù)N的關(guān)系，對(duì)各個(gè)測(cè)量信號(hào)時(shí)間序列實(shí)行提前N步的預(yù)測(cè)；利用測(cè)量信息對(duì)測(cè)量預(yù)測(cè)信息進(jìn)行修正，使預(yù)測(cè)信息誤差在允許的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異構(gòu)無線mesh網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)與估計(jì)方法，其特征在于所述步驟B中，針對(duì)異構(gòu)無線mesh網(wǎng)絡(luò)終端之間無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的互通，無法在二層協(xié)議上解析通信工作對(duì)。利用測(cè)量信息以及測(cè)量節(jié)點(diǎn)自身的信息在物理層表現(xiàn)出的物理頻譜特性，監(jiān)測(cè)處于雙工狀態(tài)的通信工作對(duì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異構(gòu)無線mesh網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)與估計(jì)方法，其特征在于所述步驟B中，基于相關(guān)性的判定策略是根據(jù)測(cè)量信息與測(cè)量節(jié)點(diǎn)自身信息的自相關(guān)和互相關(guān)特性的分析，來識(shí)別隱藏/暴露終端。采用如下互相關(guān)函數(shù)r _ ^(Si(H)-W))(Fj(n)-Fjn)) Vii ^ (Si (η) - W)f 2 (巧(“)-1Mf示節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j之間的信息的互相關(guān)系數(shù)。其中，ij定義為通信方向是從節(jié)點(diǎn) i到節(jié)點(diǎn)j，即i為源節(jié)點(diǎn)，j為目的節(jié)點(diǎn)。在通信工作對(duì)節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j為同類型節(jié)點(diǎn)的情況下若i與j在同一覆蓋區(qū)域，則令b = 1 ；否則令& = 0。Si(Ii)表示測(cè)量節(jié)點(diǎn)的信息時(shí)間序列，F(xiàn)j (η)表示測(cè)量節(jié)點(diǎn)i感知到傳輸節(jié)點(diǎn)j的歸一化的信號(hào)時(shí)間序列，而:^和 ■是其各自的均值。信息融合判決中心收集來自測(cè)量節(jié)點(diǎn)的測(cè)量信息，對(duì)通信工作對(duì)之間的信息進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，構(gòu)成如下相關(guān)系數(shù)矩陣-It中M是測(cè)量節(jié)點(diǎn)數(shù)，N是傳輸節(jié)點(diǎn)數(shù)。對(duì)相關(guān)系數(shù)矩陣進(jìn)行分析，可判定異構(gòu)無線mesh網(wǎng)絡(luò)中的隱藏/暴露終端。
全文摘要
本發(fā)明提供一種異構(gòu)無線mesh網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)與估計(jì)方法，通過各個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)獲得的測(cè)量信息之間的強(qiáng)相關(guān)特性，分離出各個(gè)被測(cè)量節(jié)點(diǎn)的信息。并采用時(shí)空融合方法，解決了測(cè)量節(jié)點(diǎn)地理位置差異以及測(cè)量信息的到達(dá)時(shí)間不同步，實(shí)現(xiàn)測(cè)量信息的融合判決；同時(shí)，采用物理頻譜感知技術(shù)測(cè)量處于雙工狀態(tài)的目標(biāo)傳輸網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)出異構(gòu)無線mesh網(wǎng)絡(luò)中的通信工作對(duì)。通過相關(guān)性判定策略識(shí)，根據(jù)通信工作對(duì)之間的互相關(guān)特性，識(shí)別出隱藏/暴露終端，降低了測(cè)量信息的誤檢概率。
文檔編號(hào)H04L29/08GK102523603SQ20111044504
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者葉蕾, 楊家全, 柏崧, 治學(xué)亮, 王曉翔, 胡致遠(yuǎn), 蘇適, 黃東 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)