專利名稱：基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電磁信號監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線傳感網(wǎng)應(yīng)用管理領(lǐng)域，涉及一種分布式電磁信號監(jiān)測的方法，具體為一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電磁信號監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是當(dāng)前國際上備受關(guān)注的、多學(xué)科高度交叉的新興前沿研究熱點領(lǐng)域。傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有十分廣闊的應(yīng)用前景，在軍事國防、工農(nóng)業(yè)控制、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、搶險救災(zāi)、防空反恐、微型區(qū)域遠(yuǎn)程控制等許多領(lǐng)域都有重要的科研價值和實用價值。電磁頻譜空間是最復(fù)雜的空間之一，自然界的各種物理現(xiàn)象都會產(chǎn)生不規(guī)則的干擾頻率，而且干擾的種類，頻率范圍，持續(xù)時間都沒有規(guī)律。隨著科技的發(fā)展，在各行各業(yè)及軍事場景下，無線射頻技術(shù)應(yīng)用的日益增多，空間電磁信號變得更加擁擠和復(fù)雜，這給區(qū)域內(nèi)電磁信號的監(jiān)測、管理、分配和使用帶來了諸多問題。為保障頻譜資源合理有序的使用和無線通信網(wǎng)絡(luò)的正常運行，需要運用先進(jìn)的技術(shù)手段和設(shè)施，針對空間電磁環(huán)境狀況進(jìn)行分析與評估。傳統(tǒng)的集中式臺站電磁信號監(jiān)測設(shè)備體積過大，不利于室外監(jiān)測，造價過高，當(dāng)監(jiān)測設(shè)備距離信號源超過一定距離時會造成監(jiān)測結(jié)果不準(zhǔn)確。利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分布式監(jiān)測有著諸多優(yōu)點，價格較為低廉、由于體積小便于布設(shè)，傳感器監(jiān)測節(jié)點可以距離信號源更近、監(jiān)測電磁信號的頻段更為廣泛。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改進(jìn)傳統(tǒng)的臺站集中式不利于室外監(jiān)測不易布設(shè)的缺點，提供一種分布式的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)電磁信號監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電磁信號監(jiān)測方法，包括以下步驟(1)構(gòu)建基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電磁信號監(jiān)測系統(tǒng)，所述的電磁信號監(jiān)測系統(tǒng)包括電磁信號監(jiān)測層、信息匯聚層和信息處理中心層；(2)系統(tǒng)開始工作后，信息處理中心層的中心節(jié)點向信息匯聚層的各匯聚節(jié)點下發(fā)監(jiān)測策略，監(jiān)測策略包括監(jiān)測時間、信號調(diào)制類型、中心頻率、帶寬、波特率信號特征參數(shù)；(3)信息匯聚層的匯聚節(jié)點接收信息處理中心層的中心節(jié)點下發(fā)的監(jiān)測策略并轉(zhuǎn)發(fā)給本簇的電磁信號監(jiān)測層的監(jiān)測節(jié)點，電磁信號監(jiān)測層的監(jiān)測節(jié)點收到監(jiān)測策略后配置本節(jié)點并按照策略開始監(jiān)測任務(wù)；(4)電磁信號監(jiān)測層的監(jiān)測節(jié)點通過攜帶的探頭對空間電磁信息進(jìn)行監(jiān)測，并將監(jiān)測結(jié)果上報到對應(yīng)的信息匯聚層的匯聚節(jié)點，信息匯聚層的匯聚節(jié)點對監(jiān)測信息完成部分信息融合后上報給信息處理中心層的中心節(jié)點，信息處理中心層完成對監(jiān)測信息的最終融合并形成態(tài)勢、文字、圖片類型的輸出； 完成本次電磁信息的監(jiān)測。
其中，所述的電磁信號監(jiān)測層是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的最底層，由監(jiān)測各個頻段電磁信號的傳感器節(jié)點組成，監(jiān)測節(jié)點通過分簇的方式把監(jiān)測區(qū)域分成若干部分，每個部分作為一個分簇；監(jiān)測節(jié)點將監(jiān)測到的電磁信號傳送到其簇首節(jié)點也就是對應(yīng)的匯聚節(jié)點。其中，所述的信息匯聚層的匯聚節(jié)點作為整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的簇首接收信息處理中心的監(jiān)測策略，同時將本簇內(nèi)電磁信號監(jiān)測節(jié)點監(jiān)測的數(shù)據(jù)部分融合后轉(zhuǎn)發(fā)到信息處理中心層的中心節(jié)點。其中，步驟(3)中，當(dāng)電磁信號監(jiān)測層的某個監(jiān)測節(jié)點不能正常工作時，該監(jiān)測節(jié)點向?qū)?yīng)的信息匯聚層的匯聚節(jié)點發(fā)送通告消息，該匯聚節(jié)點將在本簇內(nèi)選擇其他監(jiān)測節(jié)點進(jìn)行監(jiān)測。


圖1電磁信號監(jiān)測系統(tǒng)拓?fù)涫疽鈭D；圖2電磁信號監(jiān)測系統(tǒng)組網(wǎng)流程圖；圖3電磁信號監(jiān)測流程圖；圖4態(tài)勢分析流程示意圖。具體實施方法以下結(jié)合附圖及實例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電磁信號監(jiān)測方法，包括以下步驟(1)構(gòu)建基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電磁信號監(jiān)測系統(tǒng)，所述的電磁信號監(jiān)測系統(tǒng)包括電磁信號監(jiān)測層、信息匯聚層和信息處理中心層。圖1為電磁信號監(jiān)測系統(tǒng)拓?fù)涫疽鈭D，系統(tǒng)采取分頻段監(jiān)測、分級匯總和告警上報相結(jié)合的工作模式，采用基于集中配置管理和處理的分級分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)。 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包含以下網(wǎng)絡(luò)設(shè)備各頻段電磁信號監(jiān)測節(jié)點、信息匯聚節(jié)點、信息處理中心節(jié)點。電磁信號監(jiān)測節(jié)點攜帶頻譜監(jiān)測模塊對周圍空間中的電磁信號進(jìn)行監(jiān)測，協(xié)同工作以實現(xiàn)全頻段內(nèi)的信號監(jiān)測要求；信息匯聚節(jié)點不具備監(jiān)測能力，具備較強的信息處理和傳輸能力，負(fù)責(zé)實現(xiàn)本區(qū)域內(nèi)各感知節(jié)點的接入及數(shù)據(jù)的聚合、查詢、管理；信息處理中心節(jié)點負(fù)責(zé)整個傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的管理和集中配置，提供分布式數(shù)據(jù)聚合和信息融合的能力， 以支持協(xié)同信號識別分類和定位跟蹤功能?；跓o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電磁信號監(jiān)測方法組網(wǎng)流程如圖2所示。信息匯聚節(jié)點首先要通過多跳反應(yīng)式路由完成到信息處理中心節(jié)點的路由，建立骨干路由信息；然后信息匯聚節(jié)點向周圍鄰居電磁信號監(jiān)測節(jié)點周期性發(fā)送HELLO消息，收到HELLO消息的監(jiān)測節(jié)點向該匯聚節(jié)點發(fā)送ACK報文，該匯聚節(jié)點以自己為簇首以回復(fù)ACK報文的監(jiān)測節(jié)點為簇成員節(jié)點，簇首周期性發(fā)送HELLO報文并維護(hù)簇內(nèi)路由信息表。(2)監(jiān)測系統(tǒng)組網(wǎng)完成后，如圖3所示，信息處理中心層的中心節(jié)點根據(jù)用戶的需求，下發(fā)信號檢測策略，策略可以包括如監(jiān)測時間、監(jiān)測信號閾值、監(jiān)測頻段參數(shù)、感知節(jié)點ID列表等，將策略發(fā)送到監(jiān)測節(jié)點所屬的匯聚節(jié)點。(3)信息匯聚層的匯聚節(jié)點接收到信息處理中心層的中心節(jié)點下發(fā)的監(jiān)測策略后，如圖3所示，匯聚節(jié)點將監(jiān)測策略轉(zhuǎn)發(fā)到本簇的相電磁信號監(jiān)測層的監(jiān)測節(jié)點，電磁信號監(jiān)測層的監(jiān)測節(jié)點收到監(jiān)測策略后依照參數(shù)配置本節(jié)點并按照策略開始監(jiān)測任務(wù)；
(4)電磁信號監(jiān)測層的監(jiān)測節(jié)點配置策略完成后，如圖3所示，通過攜帶的探頭對空間電磁信息進(jìn)行監(jiān)測，并將監(jiān)測結(jié)果上報到對應(yīng)的信息匯聚層的匯聚節(jié)點，信息匯聚層的匯聚節(jié)點依照數(shù)據(jù)融合策略 判斷是否需要數(shù)據(jù)融合，如需要融合則數(shù)據(jù)融合后，將最終結(jié)果上報信息處理中心層的中心節(jié)點，否則直接向信息處理中心層的中心節(jié)點上報數(shù)據(jù)。(5)信息處理中心層的中心節(jié)點接收到匯聚節(jié)點上報的監(jiān)測數(shù)據(jù)后，如圖4所示， 對各個監(jiān)測節(jié)點的監(jiān)測信息進(jìn)行融合分析，并記錄信號的特征參數(shù)形成態(tài)勢、文字、圖片類型的輸出，然后信息中心繼續(xù)接收各監(jiān)測節(jié)點上報的監(jiān)測數(shù)據(jù)并對信號態(tài)勢分布進(jìn)行完善直至達(dá)到策略中所要求的監(jiān)測時間。完成本次電磁信息的監(jiān)測。
權(quán)利要求
1.一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電磁信號監(jiān)測方法，其特征在于包括以下步驟(1)構(gòu)建基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電磁信號監(jiān)測系統(tǒng)，所述的電磁信號監(jiān)測系統(tǒng)包括電磁信號監(jiān)測層、信息匯聚層和信息處理中心層；(2)系統(tǒng)開始工作后，信息處理中心層的中心節(jié)點向信息匯聚層的各匯聚節(jié)點下發(fā)監(jiān)測策略，監(jiān)測策略包括監(jiān)測時間、信號調(diào)制類型、中心頻率、帶寬、波特率信號特征參數(shù)；(3)信息匯聚層的匯聚節(jié)點接收信息處理中心層的中心節(jié)點下發(fā)的監(jiān)測策略并轉(zhuǎn)發(fā)給本簇的電磁信號監(jiān)測層的監(jiān)測節(jié)點，電磁信號監(jiān)測層的監(jiān)測節(jié)點收到監(jiān)測策略后配置本節(jié)點并按照策略開始監(jiān)測任務(wù)；(4)電磁信號監(jiān)測層的監(jiān)測節(jié)點通過攜帶的探頭對空間電磁信息進(jìn)行監(jiān)測，并將監(jiān)測結(jié)果上報到對應(yīng)的信息匯聚層的匯聚節(jié)點，信息匯聚層的匯聚節(jié)點對監(jiān)測信息完成部分信息融合后上報給信息處理中心層的中心節(jié)點，信息處理中層心完成對監(jiān)測信息的最終融合并形成態(tài)勢、文字、圖片類型的輸出；完成本次電磁信息的監(jiān)測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電磁信號監(jiān)測方法，其特征在于所述的電磁信號監(jiān)測層是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的最底層，由監(jiān)測各個頻段電磁信號的傳感器節(jié)點組成，監(jiān)測節(jié)點通過分簇的方式把監(jiān)測區(qū)域分成若干部分，每個部分作為一個分簇；監(jiān)測節(jié)點將監(jiān)測到的電磁信號傳送到其簇首節(jié)點也就是對應(yīng)的匯聚節(jié)點。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電磁信號監(jiān)測方法，其特征在于所述的信息匯聚層的匯聚節(jié)點作為整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的簇首接收信息處理中心的監(jiān)測策略，同時將本簇內(nèi)電磁信號監(jiān)測節(jié)點監(jiān)測的數(shù)據(jù)部分融合后轉(zhuǎn)發(fā)到信息處理中心層的中心節(jié)點。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電磁信號監(jiān)測方法，其特征在于步驟(3)中，當(dāng)電磁信號監(jiān)測層的某個監(jiān)測節(jié)點不能正常工作時，該監(jiān)測節(jié)點向?qū)?yīng)的信息匯聚層的匯聚節(jié)點發(fā)送通告消息，該匯聚節(jié)點將在本簇內(nèi)選擇其他監(jiān)測節(jié)點進(jìn)行監(jiān)測。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電磁信號監(jiān)測方法。針對監(jiān)測區(qū)域布設(shè)無線傳感網(wǎng)電磁信號監(jiān)測節(jié)點，監(jiān)測節(jié)點將監(jiān)測到的電磁信號通過簇內(nèi)通信傳送到匯聚節(jié)點，再通過多跳組網(wǎng)傳輸?shù)叫畔⑻幚碇行墓?jié)點，在信息中心完成電磁信號的融合參數(shù)提取以及態(tài)勢分布的形成。信息中心通過無線傳感網(wǎng)對電磁信號監(jiān)測節(jié)點進(jìn)行任務(wù)下達(dá)并進(jìn)行管理，該方法可以實現(xiàn)對特定區(qū)域電磁信號的監(jiān)測。本發(fā)明的優(yōu)點在于傳統(tǒng)的臺站式信號監(jiān)測儀器設(shè)備體積過大不利于室外監(jiān)測，而本發(fā)明的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體積很小，容易布設(shè)；將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到電磁信號監(jiān)測當(dāng)中，使得監(jiān)測節(jié)點可以更加接近信號源，增加了監(jiān)測的準(zhǔn)確度。
文檔編號G01R29/08GK102288836SQ201110121878
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月12日
發(fā)明者劉曉東, 呂霆, 孫少鵬, 楊國瑞, 王更輝, 許書彬, 趙賓華, 金擁杰 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所