农田多径信道快衰落环境的概率窗不规则识别方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开一种农田多径信道快衰落环境的概率窗不规则识别方法及装置。所述方法包括：采集节点间的测距样本，并根据所述节点间测距样本采用正态分布概率窗不规则识别法对节点间有向信道路径损耗值进行估计与不规则识别；采用节点间连通向量的方式对信道进行描述以形成网络加权有向连通图，并采用矩阵向量的方式对所述网络加权有向连通图进行保存维护。所述装置用于实现所述方法。本发明专利技术提供的农田多径信道快衰落环境的概率窗不规则识别方法，可实现对农田复杂渐变多径信道快衰落环境下节点间实时信道特性的准确实时描述。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信领域，具体涉及一种多径信道快衰落环境的概率窗不规则识别方法及装置。
技术介绍
无线通信是无线传感器网络数据传输的基础，农田环境由于作物密集生长，表现为典型的多径信道环境，无线信号在传播过程中，受不同种类障碍物的影响会发生不同程度的反射、散射和衍射等现象，造成信号能量的衰减，以及时延、相位、频率等的变化。农田中作物每年都经历不同生长阶段，这些阶段的枝叶密度差异很大，对信号传播产生不同程度的影响，其中，由于多径效应的作用，接收端信号主要表现为信号的不规则跳变，对农田无线传感器网络信号的正确稳定通信造成了影响。为此，研究建立农田环境下的信号传播特性模型显得尤为必要。在现有的无线网络信道衰减建模研究中，郭秀明等对苹果园中2.4GHz无线信道在不同高度的传播特性进行了分析，通过实验数据得出了无线信号强度衰减与天线高度与环境参数之间的关系；李震等在基于神经网络预测的无线传感器网络田间射频信号路径损耗，研究了橘园中WSN射频信号与影响因素间的关系。但上述研究的重点均是信号强度与环境因素之间的相互关系，并未考虑小尺度衰落对信号强度与信号质量的影响，且对环境特征参数的选取不够准确。专利技术专利“一种高精度无线信道参数化模型的联合估计方法”(公告号：CN101588328)提供了一种高精度无线信道参数化模型联合估计方法，主要包括：反射径分量参数估计、漫散射径分量参数估计、反射径信号分量重建、漫散射信号分量重建，并通过负反馈的方式对无线信道进行分析建模预测。专利技术专利“一种多径信道估计方法”(公告号：CN101471904)提供一种多径信道延时估计方法，包括：对多径信道进行粗估计，得到多径信道延时的初始估计值；由多径信道采用多径时延对信道进行初估，然后通过测量多径信道的冲激响应h(n)得到多径信道模型。上述两方法的关键在于需要有效区分各反射、散射分量，并对每一条路径进行参数重建，但在实际应用中，尤其是在农田生产环境中，由于遮挡物密集，信道条件复杂，多径路径数量趋于无穷，因此无法采用上述方法中的有限数量反射、散射路径对信道进行描述重建；其次，在采取单纯基于实测的建模方法时，没有与环境变量参数关联，建模结果仅针对当前测量结果，普适性差，在无线传感器网络应用中局限性明显。专利技术专利“玉米大田无线传感器网络信道多尺度衰落模型的建模方法(公告号：CN103888204A)提供一种玉米大田无线传感器网络信道多尺度衰落模型的建模方法，根据采样区域内影响无线信号传播的环境因子，在不同环境因子及关键因子条件下，采集采样区域内的无线信号传播特征数据，并进行拟合建模。虽然解决了无穷不可分辨多径下的多尺度建模问题，但该方法将农田信道环境视为各向均匀的传播环境。实际上由于作物生长态势并不完全一致，且作物对无线信号的遮挡和天线与作物间的相对位置关系紧密，农田多径信道表现为方向的不均匀。此外由于现有经验模型建模方法的实时性不高，已建立模型无法对当前作物生长变化中的无线传感器应用场景进行准确描述。现有实用场景建模方法中一般仅研究信号大尺度建模，划分参数主要考虑节点之间通信距离与天线高度，并未将农田生长高度变化、作物密度、植株空间结构等复杂渐变环境因子对信道传播模型的影响进行深入研究讨论。虽可以在大尺度上描述信道环境，但因没有与现场环境参数进行关联，也就无法依据可测量的环境参数对类似场景中的衰减因子进行预测分析，实用价值低。部分农田信道建模研究采用了概率分布模型用以达到对小尺度效应的准确描述，但依据概率分布模型难以对节点部署和拓扑控制过程实现直接的精确估计与指导。不仅如此，现有经验模型将某一阶段的农田地块视为各向均匀且同性介质，采用同一化模型进行描述，但实际中，由于作物生长并不完全一致，而节点天线与作物间的相对位置关系也对信号传播特性有着较大影响，所以农田信道并不是各向同性且均匀的。此外，现有农田环境建模方法均采用经验模型，而对于农田而言，作物生长状况与环境参数在不同地块、同一地块不同年份均有所不同，根据某次实验数据拟合得出的信道特征参数对当年当期作物下的信号传播描述准确，但对于其他地块或同一地块不同年份的描述仍存在较大偏差。而经验模型一般将作物生长期分为多个阶段进行分别描述。虽然这样简化了经验模型的建模方法，但同一阶段内作物生长也存在差异，传统经验建模方法忽略了同一阶段内作物生长带来的信道模型区别，而用某次实验时的数据代表了整个生长阶段的信道特性。因此，如何提出一种方法，实现对农田复杂渐变多径信道快衰落环境下节点间实时信道特性的准确实时描述，具有十分重要的意义。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术实施例提供一种农田多径信道快衰落环境的概率窗不规则识别方法及装置。一方面，本专利技术提出一种农田多径信道快衰落环境的概率窗不规则识别方法，包括：采集节点间的测距样本，并根据所述节点间测距样本采用正态分布概率窗不规则识别法对节点间有向信道路径损耗值进行估计与不规则识别；采用节点间连通向量的方式对信道进行描述以形成网络加权有向连通图，并采用矩阵向量的方式对所述网络加权有向连通图进行保存维护。本专利技术提供的农田多径信道快衰落环境的概率窗不规则识别方法，由于可通过概率窗不规则识别法对节点间有向信道路径损耗值进行估计与不规则识别，因此可实现对农田复杂渐变多信道快衰落环境下节点间实时信道特性的准确实时描述。另一方面，本专利技术还提出一种农田多径信道快衰落环境的概率窗不规则识别装置，包括采集单元以及连通图单元；所述采集单元用于采集节点间的测距样本，并根据所述节点间测距样本采用正态分布概率窗不规则识别法对节点间有向信道路径损耗值进行估计与不规则识别；所述连通图单元用于采用节点间连通向量的方式对信道进行描述以形成网络加权有向连通图，并采用矩阵向量的方式对所述网络加权有向连通图进行保存维护。本专利技术提供的农田多径信道快衰落环境的概率窗不规则识别装置，由于可通过概率窗不规则识别法对节点间有向信道路径损耗值进行估计与不规则识别，因此可实现对农田复杂渐变多信道快衰落环境下节点间实时信道特性的准确实时描述。附图说明图1为本专利技术农田多径信道快衰落环境的概率窗不规则识别方法实施例的流程示意图；图2为节点间定位测距分布示意图；图3为本专利技术实施例中的网络加权有向连通图；图4为本专利技术实施例对所述网络加权有向连通图进行更新的流程示意图；图5本专利技术农田多径信道快衰落环境的概率窗不规则识别装置实施例的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术农田多径信道快衰落环境的概率窗不规则识别方法实施例的流程示意图，参看图1，本实施例公开一种农田多径信道快衰落环境的概率窗不规则识别方法，包括：S1、采集节点间的测距样本，并根据所述节点间测距样本采用正态分布概率窗不规则识别法对节点间有向信道路径损耗值进行估计与不规则识别；S2、采用节点间连通向量的方式对信道进行描述以形成网络加权有向连通图，并采用矩阵向量的方式对所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种农田多径信道快衰落环境的概率窗不规则识别方法，其特征在于，包括：采集节点间的测距样本，并根据所述节点间测距样本采用正态分布概率窗不规则识别法对节点间有向信道路径损耗值进行估计与不规则识别；采用节点间连通向量的方式对信道进行描述以形成网络加权有向连通图，并采用矩阵向量的方式对所述网络加权有向连通图进行保存维护。

【技术特征摘要】
1.一种农田多径信道快衰落环境的概率窗不规则识别方法，其特征在于，包括：采集节点间的测距样本，并根据所述节点间测距样本采用正态分布概率窗不规则识别法对节点间有向信道路径损耗值进行估计与不规则识别；采用节点间连通向量的方式对信道进行描述以形成网络加权有向连通图，并采用矩阵向量的方式对所述网络加权有向连通图进行保存维护。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述网络加权有向连通图获取节点间通信发射功率；根据所述节点间通信发射功率进行试组网，以对所述网络加权有向连通图进行更新。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集节点间测距样本，并根据所述节点间测距样本采用正态分布概率窗不规则识别法对节点间有向信道路径损耗值进行估计与不规则识别包括：获取所述节点在其通信半径内存在的可达邻居节点；根据预设次数重复获取所述节点与其所有所述邻居节点的节点间测距样本；根据所述节点间测距样本对节点间的实际连通距离进行分布估计，以获取节点间的有向信道路径的实际连通距离概率密度；根据所述节点间的有向信道路径的实际连通距离概率密度采用正态分布概率窗不规则识别法对节点间有向信道路径损耗值进行估计与不规则识别。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用节点间连通向量的方式对信道进行描述以形成网络加权有向连通图包括：采用向量形式表示所述网络加权有向连通图：CPi=PLijPLim···PLin]]>其中，CPi代表节点Si的邻居节点到节点Si的多径信道不规则情况；PLij表示节点i到节点j的路径损耗。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述网络加权有向连通图获取节点间通信发射功率包括：节点按照预设最大感知通信半径寻找邻居节点；节点根据所述网络加权有向连通图获取其与所述邻居节点的节点间通信发射功率。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴华瑞，缪祎晟，朱华吉，孙想，高荣华，马为红，
申请(专利权)人：北京农业信息技术研究中心，
类型：发明
国别省市：北京;11