基於電磁頻譜監測系統的功耗控制方法
2023-11-04 07:58:57 1
專利名稱：基於電磁頻譜監測系統的功耗控制方法
技術領域：
本發明屬於無線傳感網應用管理領域，具體為基於電磁頻譜監測系統的功耗控制方法。
背景技術：
電磁頻譜空間是最複雜的空間之一，自然界的各種物理現象都會產生不規則的幹擾頻率，而且幹擾的種類，頻率範圍，持續時間都沒有規律。隨著科技的發展，在各行各業及軍事場景下，無線射頻技術應用的日益增多，空間電磁信號變得更加擁擠和複雜，這給區域內電磁信號的監測、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絡的正常運行，需要運用先進的技術手段和設施，針對空間電磁環境狀況進行分析與評估。傳統的集中式臺站電磁信號監測 設備體積過大，不利於室外監測，造價過高，當監測設備距離信號源超過一定距離時會造成監測結果不準確。利用無線傳感器網絡進行分布式監測有著諸多優點，價格較為低廉、由於體積小便於布設，傳感器監測節點可以距離信號源更近、監測電磁信號的頻段更為廣泛。考慮到設備的使用環境和小型化要求，供電採用市電和電池供電模式。在使用環境沒有市電時，設備需要電池供電。為了延長感知節點單次充電的可用時間，延長整個監測系統的使用時間，在系統的功耗控制上設計了專門的功率控制方法。
發明內容
本發明的目的是為延長單次充電整個監測系統的使用時間，提供一種基於電磁頻譜監測系統的功耗控制方法。一種基於電磁頻譜監測系統的功耗控制方法，包括以下步驟(I)構建基於無線傳感器網絡的電磁信號監測系統，所述的電磁信號監測系統包括電磁信號監測層、信息匯聚層和信息處理中心層；電磁信號監測層是電磁信號監測系統的最底層，由採集電磁信號的感知節點組成；所述的信息匯聚層由匯聚節點組成，接收並轉發感知節點上報給中心節點的電磁信號數據和中心節點下發給感知節點的策略；所述的信息處理中心層由中心節點組成，用於電磁信號數據分析處理和規劃系統策略；(2)系統開始工作後，信息處理中心層的中心節點向信息匯聚層的各匯聚節點下發監測策略，監測策略包括監測時間、信號調製類型、中心頻率、帶寬和波特率信號；(3)信息匯聚層的匯聚節點接收信息處理中心層的中心節點下發的監測策略並轉發給本簇的電磁信號監測層的感知節點，電磁信號監測層的感知節點收到監測策略後配置本節點並按照策略開始監測任務；(4)各感知節點定時對自己的電池電量進行採樣，並通過匯聚節點定時上報給中心節點；(5)中心節點根據目前的監測任務和感知節點的電量，重新制定路由表，確定數據路由路徑；同時確定哪些感知節點處於工作狀態，哪些感知節點處於休眠狀態；中心節點形成新的監測策略；(6)中心節點將新的監測策略進行下發，系統按新的監測策略進行監測，之後重複步驟⑶至步驟(6)；完成電磁頻譜監測系統的功耗控制。本發明與現有技術相比所取得的有益效果為本發明的方法可由感知節點將自己的電池電量上報給中心節點，中心節點根據目前的監測任務和感知節點的電量，重新制定路由表，確定數據路由路徑，形成新的監測策略，並可對新的監測策略進行實時修正，延長了感知節點設備單次充電的可用時間，延長了整個監測系統的使用時間。
圖I電磁信號監測系統拓撲示意圖；圖2電磁信號監測系統組網流程圖。具體實施方法以下結合附圖及實例對本發明作進一步說明一種基於電磁頻譜監測系統的功耗控制方法，包括以下步驟(I)構建基於無線傳感器網絡的電磁信號監測系統，所述的電磁信號監測系統包括電磁信號監測層、信息匯聚層和信息處理中心層；電磁信號監測層是電磁信號監測系統的最底層，由採集電磁信號的感知節點組成；所述的信息匯聚層由匯聚節點組成，接收並轉發感知節點上報給中心節點的電磁信號數據和中心節點下發給感知節點的策略；所述的信息處理中心層由中心節點組成，用於電磁信號數據分析處理和規劃系統監測策略；圖I為電磁信號監測系統拓撲示意圖，系統採取分頻段監測、分級匯總和告警上報相結合的工作模式，採用基於集中配置管理和處理的分級分布式傳感器網絡總體架構。網絡系統包含以下網絡設備各頻段電磁信號感知節點、信息匯聚節點、信息處理中心節點。電磁信號感知節點攜帶頻譜監測模塊對周圍空間中的電磁信號進行監測，協同工作以實現全頻段內的信號監測要求；信息匯聚節點具備較強的信息處理和傳輸能力，負責實現本區域內各感知節點的接入及數據的聚合、查詢、管理；信息處理中心節點負責整個傳感器網絡系統的管理和集中配置，提供分布式數據聚合和信息融合的能力。(2)系統開始工作後，信息處理中心層的中心節點向信息匯聚層的各匯聚節點下發監測策略，監測策略包括監測時間、信號調製類型、中心頻率、帶寬和波特率信號。圖2為電磁信號監測系統組網流程圖，在流程圖中展示了整個電磁頻譜監測系統的組網及工作流程；(3)信息匯聚層的匯聚節點接收信息處理中心層的中心節點下發的監測策略並轉發給本簇的電磁信號監測層的感知節點；電磁信號監測層的感知節點收到監測策略後配置本節點並按照策略開始監測任務。(4)各感知節點定時對自己的電池電量進行採樣，並通過匯聚節點定時上報給中心節點。為了便於功耗控制，感知節點設備作了專門的功耗控制的設計包括設備低層電池電量上報機制，設備各單元的供電控制，電源短路、發熱保護。內容如下
A、設備電池電量上報機制設備具有定時上報電池電量的功能，尤其在電池電量較少時上報電量會很不穩定，採用數據兩次篩選濾波的辦法保證了電池電量上報的準確性。B、設備各單元供電控制設備採用多模塊單元設計，各單元之間單獨供電，設備可只維持主控制器供電，關閉其餘模塊的供電，在需要的時候再喚醒。當設備只有主控制器供電時，設備便進入了休眠狀態。C、電源短路、發熱保護設備電源具有短路和熱保護功能，當某一路電路發生短路時，電源模塊會自動切斷該路電源輸出；當電源輸出功率過大，過熱時，電源模塊會自動切斷電源輸出，待溫度降低後恢復供電。 (5)中心節點根據目前的監測任務和感知節點的電量，重新制定路由表，確定數據路由路徑；同時確定哪些感知節點處於工作狀態，哪些感知節點處於休眠狀態；中心節點形成新的監測策略。在系統層面的功耗控制上，也做了專門的設計，包括系統各設備網絡層的電池電量上報機制、基於功耗控制的多跳路由設計，多感知節點的協作控制。具體內容如下A、基於系統網絡層的電池電量上報機制系統中各設備會通過無線網絡定時上報自己的電池電量，在中心節點會建立一個時時資料庫，來監測、記錄各節點的電量。B、基於功耗控制的多跳路由設計中心節點會根據各節點的電池電量制定最為簡潔的路由路徑，儘量延長系統的監測時間。C、多感知節點的協作控制系統中感知節點是功耗最大的設備，尤其是感知節點的模擬前端功耗較大。為了延長系統的運行時間，作為備份，在監測區域需要多布置幾個感知節點。各感知節點分工協作，有處於工作狀態、有的處於數據轉發狀態，有的處於休眠狀態。當中心節點發現處於工作狀態的節點電量下降太大時，就啟用休眠狀態的節點來代替它。(6)中心節點將新的監測策略進行下發，系統按新的監測策略進行監測，之後重複步驟⑶至步驟(6)。各感知節接收到新的監測策略後，按新策略執行各自的任務。隨著時間的推移，根據各個感知節點的電池電量的變化，中心節點會制定、下發新的監測策略，之後根據感知節點的電池電量的變化，不斷修正系統的工作狀態。電磁信號監測層的感知節點配置策略完成後，感知節點對空間電磁信息進行監測，並將監測結果上報到對應的信息匯聚層的匯聚節點。信息匯聚層的匯聚節點再將數據上報信息處理中心層的中心節點。信息處理中心層的中心節點接收到匯聚節點上報的監測數據後，對各個監測節點的監測信息進行融合分析，並記錄信號的特徵參數形成態勢、文字、圖片類型的輸出，然後信息中心繼續接收各監測節點上報的監測數據並對信號態勢分布進行完善，直至達到監測任務中所要求的監測時間。至此監測任務結束。
權利要求
1.一種基於電磁頻譜監測系統的功耗控制方法，包括以下步驟 (1)構建基於無線傳感器網絡的電磁信號監測系統，所述的電磁信號監測系統包括電磁信號監測層、信息匯聚層和信息處理中心層；電磁信號監測層是電磁信號監測系統的最底層，由採集電磁信號的感知節點組成；所述的信息匯聚層由匯聚節點組成，接收並轉發感知節點上報給中心節點的電磁信號數據和中心節點下發給感知節點的策略；所述的信息處理中心層由中心節點組成，用於電磁信號數據分析處理和規劃系統策略； (2)系統開始工作後，信息處理中心層的中心節點向信息匯聚層的各匯聚節點下發監測策略，監測策略包括監測時間、信號調製類型、中心頻率、帶寬和波特率信號； (3)信息匯聚層的匯聚節點接收信息處理中心層的中心節點下發的監測策略並轉發給本簇的電磁信號監測層的感知節點，電磁信號監測層的感知節點收到監測策略後配置本節點並按照策略開始監測任務； (4)各感知節點定時對自己的電池電量進行採樣，並通過匯聚節點定時上報給中心節佔. (5)中心節點根據目前的監測任務和感知節點的電量，重新制定路由表，確定數據路由路徑；同時確定哪些感知節點處於工作狀態，哪些感知節點處於休眠狀態；中心節點形成新的監測策略； (6)中心節點將新的監測策略進行下發，系統按新的監測策略進行監測，之後重複步驟(3)至步驟(6)； 完成電磁頻譜監測系統的功耗控制。
全文摘要
本發明涉及一種基於電磁頻譜監測系統的功耗控制方法，電磁頻譜監測系統就是在監測區域布設多組電磁頻譜監測感知節點和多個匯聚節點，感知節點將監測到的電磁信號通過簇內通信傳送到匯聚節點，再通過多跳路由組網，將數據傳輸到中心節點，在中心節點完成電磁信號融合、參數提取，以及態勢分布的系統。整個系統通過無線傳感網傳輸數據和指令。中心節點除了進行監測數據融合外，還負責各感知節點監測策略的下發。匯聚節點負責上下行數據和指令的傳送。本發明的方法延長了感知節點設備單次充電的可用時間，延長了整個監測系統的使用時間。
文檔編號H04W52/00GK102905289SQ20121041125
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月24日 優先權日2012年10月24日
發明者呂霆, 張國忠, 洪浩, 孫少鵬, 戴輝, 李戈, 劉曉東, 楊國瑞, 梁倩, 王更輝, 牛增新 申請人:中國電子科技集團公司第五十四研究所