智能车联物联网混合协同频谱感知系统技术方案

本发明专利技术涉及智能车联物联网混合协同频谱感知系统，其特征在于，包括授权用户、N个智能车辆、频谱感知融合中心、中继控制节点以及分布于路边的K个中继节点；各智能车辆上均设有第一中央处理模块及第一通信模块、第一北斗定位模块、频谱感知模块、车辆行驶速度检测模块、车辆行驶角度检测模块、运动时间检测模块和第一存储模块；各中继节点均包括第二中央处理模块及第二通信模块、第二北斗定位模块、信噪比检测模块、节点功耗检测模块及第二存储模块，频谱感知融合中心包括第三中央处理模块及第三通信模块、第三北斗定位模块、频谱感知融合计算模块以及第三存储模块。该系统充分考虑智能车辆的运动状态，并能够准确、有效地对频谱进行协同检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种智能车联物联网混合协同频谱感知系统。
技术介绍
车联物联网是以车内网、车际网和车载移动互联网为基础，在车与车或者车与人之间，按照预先约定的协议进行数据通信和信息交换的系统网络。随着各式无线通信设备不断在车辆中的安装，这些多数目的车辆组成了一个复杂繁忙的车联无线通信网络。在车联无线通信网络中，无线通信设备工作时需要占用大量的频段，以实现车辆与外界设备的信息交互。但是，在繁忙无线通信网络中，真正能够令车辆上通信设备随时占用的空闲通信频段极为稀少，通信频谱资源紧缺问题正成为严重制约车联物联网顺畅通信的关键问题。如何有效地利用现有紧缺的频谱资源，以实现车联物联网的正常通信需求，正成为当前车联网领域亟需解决的关键。在此背景下，基于认知无线电(CognitiveRadio,CR)技术的智能车联物联网系统应运而生，车联物联网中对频谱情况具有认知功能的车辆也被称之为认知车辆。认知车辆的认知过程为，首先假定认证车辆处于静止装置，认知车辆对周围通信环境中的已授权频谱资源持续感知(或者检测)；然后在保证授权用户优先占用该段频谱的条件下，认知车辆自适应地调整自设收发设备至空闲频谱上通信。当认知车辆感知到授权用户信号出现时，认知车辆则快速腾出该频段以供授权用户使用，进而避免干扰授权用户在此频段上的正常通信，从而提高了车联无线通信网络中的频谱资源利用率。但是，在实时环境中，车联物流网中的认知车辆并非始终处于静止不动状态，这就要求车联物联网系统在对频谱进行感知时要考虑认知车辆运动状态对频谱感知结果的影响。因此，如何设计一种新型的车联物联网系统，以对频谱进行有效、准确地检测成为车联物联网系统研究中的又一课题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种能够准确、有效地对频谱进行检测的智能车联物联网混合协同频谱感知系统。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：智能车联物联网混合协同频谱感知系统，其特征在于，包括授权用户、N个智能车辆、频谱感知融合中心、中继控制节点以及分布于路边的K个中继节点；所述各智能车辆上均设置有第一中央处理模块以及分别连接第一中央处理模块的第一通信模块、第一北斗定位模块、频谱感知模块、车辆行驶速度检测模块、车辆行驶角度检测模块、运动时间检测模块和第一存储模块；第一存储模块分别连接第一北斗定位模块、频谱感知模块、车辆行驶速度检测模块、车辆行驶角度检测模块、第一通信模块和运动时间检测模块；第一北斗定位模块，用以获得智能车辆的当前位置数据，并保存至第一存储模块；频谱感知模块，一方面用以检测授权用户频谱的占用情况，获得关于该授权用户频谱的检测概率和虚警概率，另一方面用以检测该智能车辆自身的信噪比，并分别发送自身信噪比以及关于授权用户频谱的检测概率和虚警概率给第一存储模块存储；车辆行驶速度检测模块，用以实时检测当前智能车辆的即时速度值，并保存到第一存储模块；车辆行驶角度检测模块，用以实时检测当前车辆行驶方向偏离该智能车辆初始位置至授权用户位置连线的角度，并以该角度作为车辆即时速度的方向角度值保存到第一存储模块；运动时间检测模块，用以实时检测智能车辆的累积运动时间，并保存至第一存储模块；第一通信模块，用以实现智能车辆分别与各中继节点的通信连接；第一存储模块，用以存储所对应智能车辆的实时位置数据、频谱感知模块的信噪比数据、车辆的即时速度值以及车辆即时速度的方向角度值；所述各中继节点均包括第二中央处理模块以及分别连接第二中央处理模块的第二通信模块、第二北斗定位模块、检测中继节点自身信噪比的信噪比检测模块、检测中继节点功耗的节点功耗检测模块以及第二存储模块，第二存储模块分别连接第二通信模块、第二北斗定位模块、信噪比检测模块和节点功耗检测模块；所述中继控制节点，用以接收各中继节点转发的各数据，并选择出具有最佳中继性能的最佳中继节点；所述中继控制节点分别与频谱感知融合中心、各中继节点建立通信连接，中继控制节点接收频谱感知融合中心所发送来的位置数据；所述频谱感知融合中心包括第三中央处理模块以及分别连接第三中央处理模块的第三通信模块、第三北斗定位模块、用以融合各检测结果的频谱感知融合计算模块以及第三存储模块；第三存储模块分别连接第三通信模块、第三北斗定位模块和频谱感知融合计算模块；所述频谱感知融合中心通过第三通信模块、第二通信模块分别与各中继节点建立通信连接，并发送频谱感知融合中心的位置数据给各中继节点；所述频谱感知融合计算模块，用以根据最佳中继节点所转发的各数据，计算、获取该混合协同频谱感知系统的最终混合协同检测概率；其中，获取该混合协同频谱感知系统的最终混合协同检测概率的过程依次包括如下步骤1至步骤11：步骤1，N个智能车辆获取、保存自身初始位置到授权用户位置的距离值，并同时实时获取、保存自身的信噪比、即时速度值、即时速度的方向角度值，并分别对授权用户的频谱占用情况进行能量检测，然后将包括检测概率和虚警概率的检测结果进行保存；其中：即时速度的方向角度值为智能车辆前进方向偏离该智能车辆初始位置至授权用户位置连线的偏离角度，第i个智能车辆标记为CRi，i＝1,2,…,N，N≥3，智能车辆CRi自身的信噪比记为SNRi，智能车辆CRi的即时速度值标记为vi，智能车辆CRi的即时速度的方向角度值标记为θi；授权用户标记为PU；智能车辆CRi自身初始位置到授权用户PU位置的距离值标记为di；步骤2，K个中继节点分别获取自身的信噪比，并将自身的信噪比发送给中继控制节点，由中继控制节点计算得到具有最佳中继性能的最佳中继节点；中继控制节点标记为RelayControl，频谱感知融合中心标记为FC，最佳中继节点的获取过程包括如下步骤2-1至步骤2-4：步骤2-1，K个中继节点分别获取自身的信噪比，并由中继控制节点计算各中继节点的信噪比衡量指数；其中：为第k个中继节点Relayk的信噪比衡量指数，为第k个中继节点Relayk的信噪比，K≥2；步骤2-2，K个中继节点分别获取自身的功耗值，并由中继控制节点计算各中继节点的功耗衡量指数；其中：为第k个中继节点Relayk的功耗衡量指数，Ek为第k个中继节点Relayk的功耗值；步骤2-3，K个中继节点分别获取自身位置至中继控制节点距离以及自身位置至频谱感知融合中心的距离，并由中继控制节点计算各中继节点的中继效益衡量指数；其中：其中，为第k个中继节点Relayk的中继效益衡量指数，Dk1为第k个中继节点Relayk至中继控制节点RelayControl的距离值，Dk2为第k个中继节点Relayk至频谱感知融合中心FC的距离值，max(Dk1,Dk2)表示距离Dk1和距离Dk2中的最大值，min(Dk1,Dk2)表示距离Dk1和距离Dk2中的最小值；步骤2-4，根据各中继节点的信噪比衡量指数、功耗衡量指数以及中继效益衡量指数，由中继控制节点计算各中继节点的综合性能衡量指数，得到最大性能衡量指数，并以该最大性能衡量指数所对应的中继节点作为最佳中继节点；其中，各中继节点的综合性能衡量指数计算公式如下：其中，χk为第k个中继节点Relayk的综合性能衡量指数，χopt为最大综合性能衡量指数，K为所有中继节点的总个数；步骤3，N个智能车辆将各自的信噪本文档来自技高网...

【技术保护点】
智能车联物联网混合协同频谱感知系统，其特征在于，包括授权用户、N个智能车辆、频谱感知融合中心、中继控制节点以及分布于路边的K个中继节点；所述各智能车辆上均设置有第一中央处理模块以及分别连接第一中央处理模块的第一通信模块、第一北斗定位模块、频谱感知模块、车辆行驶速度检测模块、车辆行驶角度检测模块、运动时间检测模块和第一存储模块；第一存储模块分别连接第一北斗定位模块、频谱感知模块、车辆行驶速度检测模块、车辆行驶角度检测模块、第一通信模块和运动时间检测模块；第一北斗定位模块，用以获得智能车辆的当前位置数据，并保存至第一存储模块；频谱感知模块，一方面用以检测授权用户频谱的占用情况，获得关于该授权用户频谱的检测概率和虚警概率，另一方面用以检测该智能车辆自身的信噪比，并分别发送自身信噪比以及关于授权用户频谱的检测概率和虚警概率给第一存储模块存储；车辆行驶速度检测模块，用以实时检测当前智能车辆的即时速度值，并保存到第一存储模块；车辆行驶角度检测模块，用以实时检测当前车辆行驶方向偏离该智能车辆初始位置至授权用户位置连线的角度，并以该角度作为车辆即时速度的方向角度值保存到第一存储模块；运动时间检测模块，用以实时检测智能车辆的累积运动时间，并保存至第一存储模块；第一通信模块，用以实现智能车辆分别与各中继节点的通信连接；第一存储模块，用以存储所对应智能车辆的实时位置数据、频谱感知模块的信噪比数据、车辆的即时速度值以及车辆即时速度的方向角度值；所述各中继节点均包括第二中央处理模块以及分别连接第二中央处理模块的第二通信模块、第二北斗定位模块、检测中继节点自身信噪比的信噪比检测模块、检测中继节点功耗的节点功耗检测模块以及第二存储模块，第二存储模块分别连接第二通信模块、第二北斗定位模块、信噪比检测模块和节点功耗检测模块；所述中继控制节点，用以接收各中继节点转发的各数据，并选择出具有最佳中继性能的最佳中继节点；所述中继控制节点分别与频谱感知融合中心、各中继节点建立通信连接，中继控制节点接收频谱感知融合中心所发送来的位置数据；所述频谱感知融合中心包括第三中央处理模块以及分别连接第三中央处理模块的第三通信模块、第三北斗定位模块、用以融合各检测结果的频谱感知融合计算模块以及第三存储模块；第三存储模块分别连接第三通信模块、第三北斗定位模块和频谱感知融合计算模块；所述频谱感知融合中心通过第三通信模块、第二通信模块分别与各中继节点建立通信连接，并发送频谱感知融合中心的位置数据给各中继节点；所述频谱感知融合计算模块，用以根据最佳中继节点所转发的各数据，计算、获取该混合协同频谱感知系统的最终混合协同检测概率；其中，获取该混合协同频谱感知系统的最终混合协同检测概率的过程依次包括如下步骤1至步骤11：步骤1，N个智能车辆获取、保存自身初始位置到授权用户位置的距离值，并同时实时获取、保存自身的信噪比、即时速度值、即时速度的方向角度值，并分别对授权用户的频谱占用情况进行能量检测，然后将包括检测概率和虚警概率的检测结果进行保存；其中：即时速度的方向角度值为智能车辆前进方向偏离该智能车辆初始位置至授权用户位置连线的偏离角度，第i个智能车辆标记为CRi，i＝1,2,…,N，N≥3，智能车辆CRi自身的信噪比记为SNRi，智能车辆CRi的即时速度值标记为vi，智能车辆CRi的即时速度的方向角度值标记为θi；授权用户标记为PU；智能车辆CRi自身初始位置到授权用户PU位置的距离值标记为di；步骤2，K个中继节点分别获取自身的信噪比，并将自身的信噪比发送给中继控制节点，由中继控制节点计算得到具有最佳中继性能的最佳中继节点；中继控制节点标记为RelayControl，频谱感知融合中心标记为FC，最佳中继节点的获取过程包括如下步骤2‑1至步骤2‑4：步骤2‑1，K个中继节点分别获取自身的信噪比，并由中继控制节点计算各中继节点的信噪比衡量指数；其中：为第k个中继节点Relayk的信噪比衡量指数，为第k个中继节点Relayk的信噪比，K≥2；步骤2‑2，K个中继节点分别获取自身的功耗值，并由中继控制节点计算各中继节点的功耗衡量指数；其中：为第k个中继节点Relayk的功耗衡量指数，Ek为第k个中继节点Relayk的功耗值；步骤2‑3，K个中继节点分别获取自身位置至中继控制节点距离以及自身位置至频谱感知融合中心的距离，并由中继控制节点计算各中继节点的中继效益衡量指数；其中：χDk=[max(Dk1,Dk2)min(Dk1,Dk2)]Σk=1Kmax(Dk1,Dk2)min(Dk1,Dk2);]]>其中，为第k个中继节点Relayk的中继效益衡量指数，Dk1为第k个中继节点Relayk至中继控制节点RelayControl的距离值，Dk2为第k个中继节点Relayk...

【技术特征摘要】
1.智能车联物联网混合协同频谱感知系统，其特征在于，包括授权用户、N个智能车辆、频谱感知融合中心、中继控制节点以及分布于路边的K个中继节点；所述各智能车辆上均设置有第一中央处理模块以及分别连接第一中央处理模块的第一通信模块、第一北斗定位模块、频谱感知模块、车辆行驶速度检测模块、车辆行驶角度检测模块、运动时间检测模块和第一存储模块；第一存储模块分别连接第一北斗定位模块、频谱感知模块、车辆行驶速度检测模块、车辆行驶角度检测模块、第一通信模块和运动时间检测模块；第一北斗定位模块，用以获得智能车辆的当前位置数据，并保存至第一存储模块；频谱感知模块，一方面用以检测授权用户频谱的占用情况，获得关于该授权用户频谱的检测概率和虚警概率，另一方面用以检测该智能车辆自身的信噪比，并分别发送自身信噪比以及关于授权用户频谱的检测概率和虚警概率给第一存储模块存储；车辆行驶速度检测模块，用以实时检测当前智能车辆的即时速度值，并保存到第一存储模块；车辆行驶角度检测模块，用以实时检测当前车辆行驶方向偏离该智能车辆初始位置至授权用户位置连线的角度，并以该角度作为车辆即时速度的方向角度值保存到第一存储模块；运动时间检测模块，用以实时检测智能车辆的累积运动时间，并保存至第一存储模块；第一通信模块，用以实现智能车辆分别与各中继节点的通信连接；第一存储模块，用以存储所对应智能车辆的实时位置数据、频谱感知模块的信噪比数据、车辆的即时速度值以及车辆即时速度的方向角度值；所述各中继节点均包括第二中央处理模块以及分别连接第二中央处理模块的第二通信模块、第二北斗定位模块、检测中继节点自身信噪比的信噪比检测模块、检测中继节点功耗的节点功耗检测模块以及第二存储模块，第二存储模块分别连接第二通信模块、第二北斗定位模块、信噪比检测模块和节点功耗检测模块；所述中继控制节点，用以接收各中继节点转发的各数据，并选择出具有最佳中继性能的最佳中继节点；所述中继控制节点分别与频谱感知融合中心、各中继节点建立通信连接，中继控制节点接收频谱感知融合中心所发送来的位置数据；所述频谱感知融合中心包括第三中央处理模块以及分别连接第三中央处理模块的第三通信模块、第三北斗定位模块、用以融合各检测结果的频谱感知融合计算模块以及第三存储模块；第三存储模块分别连接第三通信模块、第三北斗定位模块和频谱感知融合计算模块；所述频谱感知融合中心通过第三通信模块、第二通信模块分别与各中继节点建立通信连接，并发送频谱感知融合中心的位置数据给各中继节点；所述频谱感知融合计算模块，用以根据最佳中继节点所转发的各数据，计算、获取该混合协同频谱感知系统的最终混合协同检测概率；其中，获取该混合协同频谱感知系统的最终混合协同检测概率的过程依次包括如下步骤1至步骤11：步骤1，N个智能车辆获取、保存自身初始位置到授权用户位置的距离值，并同时实时获取、保存自身的信噪比、即时速度值、即时速度的方向角度值，并分别对授权用户的频谱占用情况进行能量检测，然后将包括检测概率和虚警概率的检测结果进行保存；其中：即时速度的方向角度值为智能车辆前进方向偏离该智能车辆初始位置至授权用户位置连线的偏离角度，第i个智能车辆标记为CRi，i＝1,2,…,N，N≥3，智能车辆CRi自身的信噪比记为SNRi，智能车辆CRi的即时速度值标记为vi，智能车辆CRi的即时速度的方向角度值标记为θi；授权用户标记为PU；智能车辆CRi自身初始位置到授权用户PU位置的距离值标记为di；步骤2，K个中继节点分别获取自身的信噪比，并将自身的信噪比发送给中继控制节点，由中继控制节点计算得到具有最佳中继性能的最佳中继节点；中继控制节点标记为RelayControl，频谱感知融合中心标记为FC，最佳中继节点的获取过程包括如下步骤2-1至步骤2-4：步骤2-1，K个中继节点分别获取自身的信噪比，并由中继控制节点计算各中继节点的信噪比衡量指数；其中：为第k个中继节点Relayk的信噪比衡量指数，为第k个中继节点Relayk的信噪比，K≥2；步骤2-2，K个中继节点分别获取自身的功耗值，并由中继控制节点计算各中继节点的功耗衡量指数；其中：为第k个中继节点Relayk的功耗衡量指数，Ek为第k个中继节点Relayk的功耗值；步骤2-3，K个中继节点分别获取自身位置至中继控制节点距离以及自身位置至频谱感知融合中心的距离，并由中继控制节点计算各中继节点的中继效益衡量指数；其中：χDk=[max(Dk1,Dk2)min(Dk1,Dk2)]Σk=1Kmax(Dk1,Dk2)min(Dk1,Dk2);]]>其中，为第k个中继节点Relayk的中继效益衡量指数，Dk1为第k个中继节点Relayk至中继控制节点RelayControl的距离值，Dk2为第k个中继节点Relayk至频谱感知融合中心FC的距离值，max(Dk1,Dk2)表示距离Dk1和距离Dk2中的最大值，min(Dk1,Dk2)表示距离Dk1和距离Dk2中的最小值；步骤2-4，根据各中继节点的信噪比衡量指数、功耗衡量指数以及中继效益衡量指数，由中继控制节点计算各中继节点的综合性能衡量指数，得到最大性能衡量指数，并以该最大性能衡量指数所对应的中继节点作为最佳中继节点；其中，各中继节点的综合性能衡量指数计算公式如下：χk=χSNRk·χEk·χDk,χopt=max(χ1,...,χk-1,χk);k∈[1,K];]]>其中，χk为第k个中继节点Relayk的综合性能衡量指数，χopt为最大综合性能衡量指数，K为所有中继节点的总个数；步骤3，N个智能车辆将各自的信噪比和检测概率分别发送给最佳中继节点，并由最佳中继节点将接收的各智能车辆的信噪比和检测概率转发给频谱感知融合中心；步骤4，频谱感知融合中心根据最佳中继节点所转发来的N个智能车辆所对应的信噪比和检测概率，计算各智能车辆对应的信噪比在所有N个智能车辆信噪比阵列中的权值ωi以及各智能车辆对应的检测效益指数δi；其中，智能车辆CRi所对应信噪比的权值ωi以及检测效益指数δi分别计算如下：Pd,i表示智能车辆CRi所发送的检测概率；步骤5，频谱感知融合中心根据预设协同智能车辆筛选阈值以及各智能车辆对应信噪比的权值情况，筛选出参与协同检测的主协同智能车辆阵列以及辅助协同智能车辆阵列：当智能车辆所对应信噪比的权值大于预设协...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑紫微，李攀，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33