一種基于能量模式的無線信號類型識別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于能量模式的無線信號類型識別方法，包括如下步驟：A、在無線信號暗室中，使用無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的通信模塊采集不同信號源的RSS序列，并將其保存。B、采集到所需數(shù)量的RSSI序列后，提取標記了信號源的RSSI序列的特征。C、根據(jù)提取的所述RSSI序列的特征選擇分類方法訓練分類器。D、使用訓練好的所述分類器識別無線信號的類型。本發(fā)明利用不同無線信號調(diào)制方式的不同，會使得無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點采集的RSSI序列表現(xiàn)出不同的特征，在短時間內(nèi)僅通過無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點采集到的信息完成無線信號類型的識別，并且達到了與現(xiàn)有的長時間識別方法相類似的準確度。
【專利說明】一種基于能量模式的無線信號類型識別方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡【技術(shù)領域】，尤其涉及一種基于能量模式的無線信號類型識別方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡是由大量傳感器節(jié)點通過無線通信來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸?shù)淖越M織網(wǎng)絡，是無線Ad-hoc網(wǎng)絡的一個重要研究方向，是現(xiàn)代信息技術(shù)一個新的發(fā)展領域。無線傳感器網(wǎng)絡集成了傳感技術(shù)、無線通信技術(shù)、微機電系統(tǒng)技術(shù)和分布式信息處理技術(shù)，可以應用到軍事、環(huán)境等領域，它把信息世界和物理世界聯(lián)系在一起，將改變?nèi)伺c自然的交互方式。正因為如此，無線傳感器網(wǎng)絡越來越受到人們的關注。無線傳感器網(wǎng)絡的典型特征是近距離、低功耗、低成本、低傳輸速率，主要適用于自動控制以及遠程控制領域，目的是滿足小型廉價設備的無線聯(lián)網(wǎng)和控制。而隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡大范圍的應用到室內(nèi)系統(tǒng)中，比如空調(diào)控制系統(tǒng)，智能家居等應用系統(tǒng)。由于無線傳感器網(wǎng)絡是遵守IEEE802.15.4協(xié)議規(guī)范，它必須運行在2.4GHz的頻段上。2.4GHz是工作在ISM頻段的一個頻段。ISM頻段是工業(yè)，科學和醫(yī)用頻段。一般來說世界各國均保留了一些無線頻段，以用于工業(yè)，科學研究，和微波醫(yī)療方面的應用。應用這些頻段無需許可證，只需要遵守一定的發(fā)射功率(一般低于1W)，并且不要對其它頻段造成干擾即可。ISM頻段在各國的規(guī)定并不統(tǒng)一。而2.4GHz為各國共同的ISM頻段。由于2.4GHz是一個免費的頻段，所以很多設備應用于在這個頻段。在室內(nèi)環(huán)境中，常見的運行在2.4GHz的無線技術(shù)包括:(I)無線局域網(wǎng)絡(WiFi)，遵循IEEE802.11協(xié)議規(guī)范;(2)藍牙技術(shù)(Bluetooth)，遵循IEEE802.15.1協(xié)議規(guī)范；(3)ZigBee，遵循IEEE802.15.4協(xié)議規(guī)范；(4)微波爐，微波不是一種通信信號，但是微波爐產(chǎn)生的微波信號的頻率卻于2.4GHz頻段產(chǎn)生了重疊，導致了干擾。
[0003]WiFi/802.11。無線局域網(wǎng)第一個版本發(fā)表于1997年，其中定義了介質(zhì)訪問接入控制層和物理層。物理層定義了工作在2.4GHz的ISM頻段上的兩種無線調(diào)頻方式和一種紅外傳輸?shù)姆绞?，總?shù)據(jù)傳輸速率設計為2Mbit/s。兩個設備之間的通信可以以自由直接(Ad-hoc)的方式進行,也可以在基站(Base Station)或者訪問點(Access Point)的協(xié)調(diào)下進行。1999年，加上了兩個補充版本:802.1la定義了一個在5GHz ISM頻段上的數(shù)據(jù)傳輸速率可達54Mbit/s的物理層，802.1 Ib定義了一個在2.4GHz的ISM頻段上但數(shù)據(jù)傳輸速率高達llMbit/s的物理層。2.4GHz的ISM頻段為世界上絕大多數(shù)國家通用，因此802.1Ib得到了廣泛的應用。1999年工業(yè)界成立了 WiFi聯(lián)盟，致力解決符合802.11標準的產(chǎn)品的生產(chǎn)和設備兼容性問題。IEEE802.11是現(xiàn)今無線局域網(wǎng)通用的標準，它是由國際電機電子工程學會(IEEE)所定義的無線網(wǎng)絡通信的標準。在802.1lb的基礎上，IEEE繼續(xù)提出了 802.1lg和802.1 In。IEEE802.1lg在2003年7月被通過。其載波的頻率為2.4GHz (跟802.1lb相同)，共14個頻段，原始傳送速度為54Mbit/s，凈傳輸速度約為24.7Mbit/s (跟802.1la相同)。802.1lg的設備向下與802.1lb兼容。IEEE802.lln，是由IEEE在2004年I月組成的一個新的工作組在802.11-2007的基礎上發(fā)展出來的標準，于2009年9月正式批準。該標準增加了對MMO的支持，允許40MHz的無線頻寬，最大傳輸速度理論值為600Mbit/s?，F(xiàn)代的無線局域網(wǎng)里，通常運行的是支持802.llb/g/n協(xié)議規(guī)范的設備。藍牙/802.15.1是一種無線個人局域網(wǎng)(Wireless PAN)，最初由愛立信創(chuàng)制，后來由藍牙技術(shù)聯(lián)盟訂定技術(shù)標準。它是研究在移動電話和其他配件間進行低功耗、低成本無線通信連接的方法。
【發(fā)明者】希望為設備間的通訊創(chuàng)造一組統(tǒng)一規(guī)則(標準化協(xié)議)，以解決用戶間互不兼容的移動電子設備。1997年前愛立信公司此概念接觸了移動設備制造商，討論其項目合作發(fā)展，結(jié)果獲得支持。當1.0規(guī)格推出以后，藍牙并未立即受到廣泛的應用，除了當時對應藍牙功能的電子設備種類少，藍牙裝置也十分昂貴。2001年的1.1版正式列入IEEE標準，Bluetoothl.1即為IEEE802.15.1。同年，SIG成員公司超過2000家。過了幾年之后，采用藍牙技術(shù)的電子裝置如雨后春筍般增加，售價也大幅回落。為了擴寬藍牙的應用層面和傳輸速度，SIG先后推出了 1.2、2.0版，以及其他附加新功能,例如EDR (Enhanced Data Rate)配合2.0的技術(shù)標準，將最大傳輸速度提高到 3Mbps,A2DP (Advanced Audio Distribution Profile)一個控音軌分配技術(shù)，主要應用于立體聲耳機)，AVRCP (A/V Remote Control Profile)等。Bluetooth2.0將傳輸率提升至2Mbps、3Mbps,遠大于1.x版的IMbps (實際約723.2kbps)。ZigBee是一種低速短距離傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡協(xié)議，底層是采用IEEE802.15.4標準規(guī)范的媒體訪問層與實體層。主要特色有低速、低耗電、低成本、支持大量網(wǎng)絡節(jié)點、支持多種網(wǎng)絡拓撲、低復雜度、快速、可靠、安全。IEEE802.15.4協(xié)議是IEEE802.15.4工作組為低速率無線個人區(qū)域網(wǎng)(WPN:Wireless Personal Area Network)制定的標準,該工作組成立于2002年12月，致力于定義一種廉價的，固定、便攜或移動設備使用的，低復雜度、低成本、低功耗、低速率的無線連接技術(shù)，并于2003年12月通過了第一個802.15.4標準。隨著無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡的標準也得到了快速的發(fā)展。802.15.4標準定義了在個人區(qū)域網(wǎng)中通過射頻方式在設備間進行互連的方式與協(xié)議，該標準使用避免沖突的載波監(jiān)聽多址接入以方式作為媒體訪問機制，同時支持星型與對等型拓撲結(jié)構(gòu)。在802.15.4標準中指定了兩個物理頻段和的直接擴頻串行物理層頻段:868/915MHz和2.4GHz的直接串行擴頻(DSSS)物理層頻段。2.4GHz的物理層支持空氣中250kb/s的速率，而868/915MHz的物理層支持空氣中20kb/s和40kb/s的傳輸速率。由于數(shù)據(jù)包開銷和處理延遲，實際的數(shù)據(jù)吞吐量會小于規(guī)定的比特率。作為支持低速率、低功耗、短距離無線通信的協(xié)議標準，802.15.4在無線電頻率和數(shù)據(jù)率、數(shù)據(jù)傳輸模型、設備類型、網(wǎng)絡工作方式、安全等方面都做出了說明。并且將協(xié)議模型劃分為物理層和媒體接入控制層兩個子層進行實現(xiàn)。微波爐是一種用微波加熱食品的現(xiàn)代化烹調(diào)灶具。微波是一種電磁波。微波爐由電源，磁控管，控制電路和烹調(diào)腔等部分組成。雖然微波本身不是通信的信號，但是由于產(chǎn)生了電磁波，在室內(nèi)環(huán)境中會對其他通信技術(shù)產(chǎn)生干擾。即使在微波爐上裝有防護罩，其泄露出來的能量也是不容忽視的，會對室內(nèi)狹小空間內(nèi)的通信技術(shù)產(chǎn)生干擾。
[0004]正交頻分復用技術(shù)(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)是IEEE802.llg/n規(guī)定的同學調(diào)制方法，也是現(xiàn)在室內(nèi)環(huán)境WiFi最常使用的一直調(diào)制技術(shù)。實際上OFDM是多載波調(diào)制(Mult1-Carrier Modulation，MCM)的一種。其主要思想是:將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個子信道上進行傳輸。正交信號可以通過在接收端采用相關技術(shù)來分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾ICI。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關帶寬，因此每個子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號間干擾。而且由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對容易。802.llg/n使用了 OFDM作為調(diào)制方式，運行在
2.402GHz?2.482GHz頻率。它將2.4GHz頻段劃分為13個信道，每個信道22MHz帶寬，定義的中心頻率請參見圖1。一般認為信道1，6，11是干擾比較小的3個信道，大部分設備會優(yōu)先選取這三個信道工作。直接序列擴頻(direct-sequence spread spectrum, DSSS)簡稱直擴(DS)，是一種調(diào)制技術(shù)。就是在發(fā)送端，直接用高碼率的擴頻碼序列去擴展信號的頻譜，在接收端，用相同的擴頻碼序列將信號解擴，把展寬的信號還原到原始狀態(tài)。其名稱中的“擴頻”來自這樣一個事實，即載波信號發(fā)生設備的發(fā)射頻率充滿了整個帶寬(頻譜)。DSSS由于采用全頻帶傳送數(shù)據(jù)，速度較快，未來可開發(fā)出更高傳輸頻率的潛力也較大。DSSS技術(shù)適用于固定環(huán)境中、或?qū)鬏斊焚|(zhì)要求較高的應用，因此，無線廠房、無線醫(yī)院、網(wǎng)絡社區(qū)、分校連網(wǎng)等應用，大都采用DSSS無線技術(shù)產(chǎn)品。無線傳感器網(wǎng)絡的規(guī)范IEEE802.15.4規(guī)定了 DSSS作為ZigBee的調(diào)制方式。ZigBee將2.4GHz頻段劃分成16個信道，每個信道帶寬 5MHz。跳頻擴頻(Frequency-hopping spread spectrum, FHSS)是擴頻技術(shù)的一種；經(jīng)由載波快速在不同頻率中切換，并在接收與發(fā)射端使用一種偽隨機(PseudoRandom)的過程。。跳頻技術(shù)是通過收發(fā)雙方設備無線傳輸信號的載波頻率按照預定算法或者規(guī)律進行離散變化的通信方式，也就是說，無線通信中使用的載波頻率受偽隨機變化碼的控制而隨機跳變。從通信技術(shù)的實現(xiàn)方式來說，“跳頻技術(shù)”是一種用碼序列進行多頻頻移鍵控的通信方式，也是一種碼控載頻跳變的通信系統(tǒng)。從時域上來看，跳頻信號是一個多頻率的頻移鍵控信號；從頻域上來看，跳頻信號的頻譜是一個在很寬頻帶上以不等間隔隨機跳變的。其中:跳頻控制器為核心部件，包括跳頻圖案產(chǎn)生、同步、自適應控制等功能；頻合器在跳頻控制器的控制下合成所需頻率；數(shù)據(jù)終端包含對數(shù)據(jù)進行差錯控制。與定頻通信相比，跳頻通信比較隱蔽也難以被截獲。只要對方不清楚載頻跳變的規(guī)律，就很難截獲我方的通信內(nèi)容。同時，跳頻通信也具有良好的抗干擾能力，即使有部分頻點被干擾，仍能在其他未被干擾的頻點上進行正常的通信。由于跳頻通信系統(tǒng)是瞬時窄帶系統(tǒng)，它易于與其他的窄帶通信系統(tǒng)兼容，也就是說，跳頻電臺可以與常規(guī)的窄帶電臺互通，有利于設備的更新。
[0005]藍牙使用了 HlSS技術(shù)，將2.4GHz頻段分成了 79個信道，每個信道有IMHz的帶寬。藍牙以每秒1600的跳頻速度進行偽隨機跳頻。2.4GHz的ISM頻段有如此多的技術(shù)，各種技術(shù)之間的干擾日益嚴重。無線傳感器網(wǎng)絡使用的ZigBee由于其發(fā)射功率小，更加容易受到其他干擾?，F(xiàn)有一些方法和技術(shù)可以盡量避免其他技術(shù)對ZigBee的干擾，但是這些方法和技術(shù)都需要知道當前存在的干擾類型，才能更好的進行干擾避免。所以干擾的識別技術(shù)對于在室內(nèi)部署的無線傳感器網(wǎng)絡來說，是非常重要的。但是，現(xiàn)有的干擾識別技術(shù)存在著比較明顯的缺陷:(I)、判斷時間過久，導致識別出的干擾類型不能代表現(xiàn)在存在的干擾類型，使干擾避免方法失效；(2)、依賴強大的硬件設備來解決缺陷(I )，為了達到精確且實時的識別當前的干擾類型，有些方法使用了強大的或者定制的硬件設備來獲取更多的信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于通過一種基于能量模式的無線信號類型識別方法，來解決以上【背景技術(shù)】部分提到的問題。
[0007]為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:[0008]一種基于能量模式的無線信號類型識別方法，其包括如下步驟:
[0009]A、在無線信號暗室中，使用無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的通信模塊采集不同信號源的接收信號能量強度(Received Signal Strength Indicator, RSSI)序列，并將其保存；
[0010]B、采集到所需數(shù)量的RSSI序列后，提取標記了信號源的RSSI序列的特征；
[0011]C、根據(jù)提取的所述RSSI序列的特征選擇分類方法訓練分類器；
[0012]D、使用訓練好的所述分類器識別無線信號的類型。
[0013]特別地，所述步驟A具體包括:在無線信號暗室中，依次放入ZigBee節(jié)點、WiFi的無線網(wǎng)絡接入點(Access Point，AP)和WiFi設備、支持藍牙傳輸?shù)闹悄苁謾C和藍牙耳機以及微波爐，使用無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的通信模塊采集ZigBee信號、WiFi信號、藍牙信號以及微波爐產(chǎn)生的電磁波的RSSI序列，并將其保存。
[0014]特別地，所述步驟A中無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點修改了 TinyOS底層通信模塊的驅(qū)動程序和通信模塊與微控制器間通信總線的時鐘頻率，以實現(xiàn)無線傳感器節(jié)點快速采集高分辨率的RSSI序列。
[0015]特別地,所述步驟B中RSSI序列的特征包括傳輸時間(On-air Time)、最小包間隔時間(Minimum Packet Interval, MPI)、峰值-均值能量比(Peak to Average PowerRatio，PAPR)、低于噪聲信號(Under Noise Floor，UNF)。
[0016]特別地，所述步驟C中使用決策樹作為分類器。
[0017]本發(fā)明提供的基于能量模式的無線信號類型識別方法利用不同無線信號調(diào)制方式的不同，會使得無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點采集的RSSI序列表現(xiàn)出不同的特征，在短時間內(nèi)僅通過無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點采集到的信息完成無線信號類型的識別，并且達到了與現(xiàn)有的長時間識別方法相類似的準確度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為2.4GHz W1-Fi信道與帶寬分配示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明實施例提供的基于能量模式的無線信號類型識別方法流程圖；
[0020]圖3為本發(fā)明實施例提供的ZigBee信號的RSSI序列；
[0021]圖4為本發(fā)明實施例提供的WiFi信號的RSSI序列；
[0022]圖5為本發(fā)明實施例提供的藍牙信號的RSSI序列；
[0023]圖6為本發(fā)明實施例提供的微波爐產(chǎn)生的電磁波的RSSI序列；
[0024]圖7為本發(fā)明實施例提供的決策樹。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關的部分而非全部內(nèi)容。
[0026]請參照圖2所示，圖2為本發(fā)明實施例提供的基于能量模式的無線信號類型識別方法流程圖。
[0027]本實施例中基于能量模式的無線信號類型識別方法具體包括如下步驟:
[0028]步驟S201、在無線信號暗室中，使用無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的通信模塊采集不同信號源的接收信號能量強度(Received Signal Strength Indicator, RSSI)序列，并將其保存。
[0029]在可控的環(huán)境中，依次放入不同的信號源:(1)無信號源；(2)ZigBee節(jié)點；(3)WiFi的無線網(wǎng)絡接入點(Access Point，AP)和WiFi設備；(4)支持藍牙傳輸?shù)闹悄苁謾C和藍牙耳機；(5)微波爐。在不同的信號源存在的情況下，使用無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的通信模塊采集ZigBee信號、WiFi信號、藍牙信號以及微波爐產(chǎn)生的電磁波的RSSI序列，并將其保存，供后續(xù)步驟使用。
[0030]因為有些序列的特征只有在高分辨率的RSSI序列下才能體現(xiàn)出來，所以快速采集高分辨率的RSSI序列對本發(fā)明的實現(xiàn)至關重要。這里高分辨率指時間粒度，即一次采樣時間要非常的短。為了實現(xiàn)上述要求，所述無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點修改了 TinyOS底層通信模塊的驅(qū)動程序和通信模塊與微控制器間通信總線的時鐘頻率，達到了快速的采集和緩存采樣值，獲取到了高分辨率的RSSI序列。于本實施例，無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的操作系統(tǒng)選用Tiny0S2.1.2，其中通信模塊和微控制器通信總線由SPI總線實現(xiàn)，將SPI的時鐘頻率提高了 4倍，并修改了相應的通信模塊驅(qū)動，使得采樣頻率從默認的128微秒/采樣點，提高到32微秒/采樣點。其中，TinyOS是加州大學伯克利分校開發(fā)的開放源代碼操作系統(tǒng)，專為嵌入式無線傳感網(wǎng)絡設計。SPI是Serial Peripheral interface的縮寫,是高速同步串行口，一種標準的四線同步雙向串行總線。
[0031]本實施例中采集到的不同的信號源的RSSI序列如圖3-圖6所示。注意這里提到的采集的RSSI序列都是由普通的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點采集的。圖3為本發(fā)明實施例提供的ZigBee信號的RSSI序列；圖4為本發(fā)明實施例提供的WiFi信號的RSSI序列；圖5為本發(fā)明實施例提供的藍牙信號的RSSI序列；圖6為本發(fā)明實施例提供的微波爐產(chǎn)生的電磁波的RSSI序列。
[0032]步驟S202、采集到所需數(shù)量的RSSI序列后，提取標記了信號源的RSSI序列的特征。本實施例提取了比較大的特征集合，逐一篩選，這里列出選定的可用于識別技術(shù)的幾種特征并給出其可用于識別技術(shù)的原因。
[0033]—、傳輸時間(On-air Time)。不同的無線技術(shù)擁有不同的傳輸時間。根據(jù)其底層的標準規(guī)范，可以得知:ZigBee的傳輸時間為[608 μ s, 4256 μ s] ；WiFi的傳輸時間根據(jù)802.1ln的規(guī)范是[194 μ S，542 μ s];藍牙的傳輸時間是366 μ s ;微波爐的傳輸時間是由微波爐的工作模式?jīng)Q定的，[2ms，10ms]。不同技術(shù)的有效傳輸時間范圍是由各自協(xié)議規(guī)范規(guī)定的傳輸速率和有效包的大小決定的。因此可以用于無線網(wǎng)絡技術(shù)的識別。
[0034]二、最小包間隔時間(Minimum Packet Interval,MPI)。MPI的定義為兩個連續(xù)的傳輸信號直接的最小間隔時間。ZigBee的MPI是由傳輸層的協(xié)議定義規(guī)范的,一般取決于ACK的往返時間，根據(jù)現(xiàn)在的系統(tǒng)實現(xiàn)，ZigBee的MPI是2.8ms。WiFi的包間隔時間是由802.11協(xié)議規(guī)范的,兩個連續(xù)的數(shù)據(jù)包發(fā)送之間至少間隔DIFS (DCF Inter-Frame Space)時間。即WiFI的MPI是28 μ S。由于藍牙使用的是偽隨機跳頻，在同一個頻率上的兩個連續(xù)的包的時間間隔是沒有定值的，即藍牙的MPI不存在。而微波爐的MPI就是微波爐周期性工作的關閉階段的時間。即微波爐的MPI是IOms (在電源的頻率是50Hz的情況下)。
[0035]三、峰值-均值能量比(Peak to Average Power Ratio, PAPR)。由于不同的物理層調(diào)制方式，不同的無線技術(shù)有不同的能量抖動。PAPR就是用于衡量能量的抖動程度的指標。計算方法為:峰值能量/平均能量。WiFi使用的調(diào)制技術(shù)是OFDM。如背景介紹中提到的，OFDM是一種多信道的調(diào)制方法，接收到的信號時各個正交的子信道的相加。因此，各個子信道上的波動也被相加了，導致OFDM比起單信道的傳輸，能量波動大很多。所以WiFi的PAPR —般≥1.9。而ZigBee使用的DSSS是單信道的調(diào)制模式，所以ZigBee的PAPR —般(1.3。藍牙使用的rass也是一個單信道的擴頻的調(diào)制模式，因此其PAPR—般也是≤1.3。微波爐產(chǎn)生的微波是一種電磁波，根據(jù)測量，它的波動非常大，原因可能是是微波爐的周期性開關工作模式。微波爐的PAPR —般≥2.9。
[0036]四、低于噪聲信號(Under Noise Floor，UNF)。這里定義UNF作為一個指示變量:如果RSSI序列存在RSSI值低于噪聲IOdBm,則UNF為真(TRUE);否則UNF為假(FALSE)。此指示變量是用于區(qū)分微波爐與其他無線技術(shù)。因為根據(jù)實驗觀察，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)微波爐的工作時，總是以一個低于噪聲信號很多的RSSI值起始，如圖6，所以UNF可以指明信號是否是由微波爐產(chǎn)生的。除了微波爐的信號的UNF為TRUE，其他無線技術(shù)都不會導致這種現(xiàn)象，因此其他無線信號的UNF都是FALSE。
[0037]步驟S203、根據(jù)提取的所述RSSI序列的特征選擇分類方法訓練分類器。
[0038]經(jīng)過對多種分類器作為分類方法的測試，本實施例中使用決策樹作為分類器。決策樹是一個預測模型；它代表的是對象屬性與對象值之間的一種映射關系。樹中每個節(jié)點表示某個對象，而每個分叉路徑則代表的某個可能的屬性值，而每個葉結(jié)點則對應從根節(jié)點到該葉節(jié)點所經(jīng)歷的路徑所表示的對象的值。決策樹僅有單一輸出，若欲有復數(shù)輸出，可以建立獨立的決策樹以處理不同輸出。數(shù)據(jù)挖掘中決策樹是一種經(jīng)常要用到的技術(shù)，可以用于分析數(shù)據(jù)，同樣也可以用于做預測。本實施例中使用步驟S201中采集到的9萬條RSSI序列作為訓練數(shù)據(jù)，訓練決策樹。經(jīng)過訓練，生成的決策樹如圖7所示。
[0039]步驟S204、使用訓練好的所述分類器識別無線信號的類型。
[0040]當進行識別時，將待識別的RSSI序列輸入到?jīng)Q策樹，根據(jù)決策樹的判斷條件進行判斷并轉(zhuǎn)入到相應的分支，當?shù)竭_葉子節(jié)點時，即可得到相應的無線信號類型。如果落入了“Unknown”，則屬于本發(fā)明無法判斷的輸入，該部分可能是由于失真的RSSI采樣導致。實際上，訓練數(shù)據(jù)中并沒有該部分的數(shù)據(jù)，Unknown的存在只是為了保證決策樹的完整性。本實施例中使用9萬條訓練數(shù)據(jù)進行了交叉驗證，對決策樹的準確性進行了評估，評估結(jié)果見下表。
[0041]
【權(quán)利要求】
1.一種基于能量模式的無線信號類型識別方法，其特征在于，具體包括如下步驟: A、在無線信號暗室中，使用無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的通信模塊采集不同信號源的接收信號能量強度(Received Signal Strength Indicator, RSSI)序列，并將其保存; B、采集到所需數(shù)量的RSSI序列后，提取標記了信號源的RSSI序列的特征； C、根據(jù)提取的所述RSSI序列的特征選擇分類方法訓練分類器； D、使用訓練好的所述分類器識別無線信號的類型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于能量模式的無線信號類型識別方法，其特征在于，所述步驟A具體包括:在無線信號暗室中，依次放入ZigBee節(jié)點、WiFi的無線網(wǎng)絡接入點(Access Point, AP)和WiFi設備、支持藍牙傳輸?shù)闹悄苁謾C和藍牙耳機以及微波爐，使用無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的通信模塊采集ZigBee信號、WiFi信號、藍牙信號以及微波爐產(chǎn)生的電磁波的RSSI序列，并將其保存。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于能量模式的無線信號類型識別方法，其特征在于，所述步驟A中無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點修改了 TinyOS底層通信模塊的驅(qū)動程序和通信模塊與微控制器間通信總線的時鐘頻率，以實現(xiàn)無線傳感器節(jié)點快速采集高分辨率的RSSI序列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于能量模式的無線信號類型識別方法，其特征在于，所述步驟B中RSSI序列的特征包括傳輸時間(On-air Time)、最小包間隔時間(Minimum PacketInterval, MPI)、峰值-均值能量比(Peak to Average Power Ratio, PAPR)、低于噪聲信號(Under Noise Floor, UNF)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的基于能量模式的無線信號類型識別方法，其特征在于，所述步驟C中使用決策樹作為分類器。
【文檔編號】H04B17/00GK103580762SQ201310574670
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】鄭霄龍, 曹志超, 劉云浩 申請人:無錫儒安科技有限公司