无线传感器网络中的同步跳频方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了无线传感器网络中的同步跳频方法及系统。包括：根据主节点标识信息及各从节点标识信息，生成各从节点的伪随机相位值Index，从节点在本地进行跳频序列的计算生成，从而通过由从节点生成的跳频序列在主节点与从节点间形成同步跳频传输，同时通过Logistic混沌加密算法，对节点间的传输数据进行加密。从而，通过以上技术方案，本发明专利技术解决了现有WSN网络中同步跳频方式中无法有效确保传输数据安全的问题，并大幅节省了主节点系统资源。同时，本发明专利技术还支持具有不同的通信链路及不同的链路动态密钥的无线传感器网络，从而使该网络具有保密性好、抗干扰能力强、组网可扩展性好等优势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线传感器网络中的传输节点的传输，应用于无线传感器网络中，特别涉及无线传感器网络中的同步跳频方法及系统。
技术介绍
无线传感器网络(Wireless Sensor Network,简称WSN)被认为是21世纪最重要的技术之一，是众多的传感器通过无线通信的方式，相互联系，处理、传递信息的网络。该网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，可以实时监测、感知和控制网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，传送给所需用户。WSN在军事、工业、交通、安全、医疗、探测以及家庭和办公环境等很多方面都有着广泛的用途。同时，作为一项正在发展中的技术，WSN还有许多
技术实现思路
需要增强和提升。用户通常都希望WSN具有低功耗、可扩展、自适应、高冗余特性等特点。而对于WSN的应用有诸多的限制和特点。例如，组网中的节点大都工作在公用频段，一般处于静止或慢速移动状态。该频段拥挤，频段相对较窄。开放频谱干扰多；但频谱的功率分布相对固定或慢变。另外，节点单位成本低，节点覆盖范围较短。对于开放频段(例如ISM频段)的WSN的通用跳频方案，跳频的目的是为了提高链路容量，同时提高网络容量，降低网内干扰，增加链路保密性。因此，在WSN中，跳频系统设计基本目的及要求是提高点到点链路的传输质量，同时通过不同节点跳频序列的分配，减小相邻节点工作频点碰撞概率，从而提高整个网络的净吞吐量。
技术实现思路
本专利技术提供了无线传感器网络中的同步跳频方法，包括以下步骤:在无线传感器网络的小区中，主节点生成长度为M的原始跳频序列集合C，可用频点数N ；主节点根据标识信息及各从节点标识信息生成各从节点的伪随机相位值Index，将该伪随机相位值Index、所述原始跳频序列集合C和所述可用频点数N发送至各从节点；所述各从节点根据所接收到的各自所述伪随机相位值Index、所述原始跳频序列集合C和所述可用频点数N生成跳频序列D’ ；在所述主节点及从节点间，根据所述跳频序列D’参照可用频点集实现同步跳频传输。同时，本专利技术还提供了无线传感器网络中的同步跳频系统，其中，主节点处理单元，在无线传感器网络的小区中，预先生成长度为M的原始跳频序列集合C，和根据可用频点数N、主节点标识信息及各从节点标识信息生成各从节点的伪随机相位值Index,将该伪随机相位值Index、所述原始跳频序列集合C和所述可用频点数N发送至各从节点；从节点处理单元，设置于各从节点中，根据所接收到的各自所述伪随机相位值Index、所述原始跳频序列集合C和所述可用频点数N生成跳频序列D’ ；跳频单元，根据所述跳频序列D’，参照可用频点集实现所述主节点及从节点间的同步跳频传输。与现有技术相比，本专利技术实施例具有以下优点:能周期的探测对应频段的功率谱分布，在剔除干扰频点的基础上构造跳频集。通过主节点生成各个从节点的跳频参数，由于在跳频参数的生成过程中，使用其各从节点的标识信息作为变量，因此，各从节点的跳频参数可相互区别，之后由主节点将跳频参数发送至从节点，在从节点进行跳频序列的生成，使得不同的从节点得到当前通信跳频序列。在减轻了主节点的计算负荷的同时，本专利技术还支持具有不同的通信链路及不同的链路动态密钥的无线传感器网络，从而使该网络具有保密性好、抗干扰能力强、组网可扩展性好等优势。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1是根据本专利技术的无线传感器网络中的同步跳频方法的步骤图；图2是本专利技术的一实施方式中的频谱空洞扫描和跳频示意图；图3是本专利技术的一实施方式中的同步跳频图样示意图；图4是本专利技术的一实施方式中的生成跳频序列流程图；图5是本专利技术的一实施方式中的原始跳频序列集C示意图；图6是本专利技术的一实施方式中的模N (如N=15)跳频序列集IV示意图；图7是本专利技术的一实施方式中的全周期跳频序列(以上设置参数)示意图；图8是是本专利技术的一实施方式中的全周期跳频序列直方图分布示意图；图9是本专利技术的一实施方式中的全周期跳频序列自相关函数示意图；图10是本专利技术的一实施方式中的带默认频点的单RF主节点跳频配置示意图；图11是本专利技术的一实施方式中的带默认频点的双RF主节点跳频配置示意图；图12是本专利技术的一实施方式中的基于Logistic映射的加密、解密原理示意图；图13是本专利技术无线传感器网络中的同步跳频系统的组成示意图。具体实施例方式下面将结合附图对本专利技术实施例进行描述。根据本专利技术的一个实施例，提供了无线传感器网络中的同步跳频方法。如图1、2所示，该方法包括以下步骤:步骤SlOl:在无线传感器网络的小区中，包括主节点和多个从节点。首先，由主节点预先生成长度为M的原始跳频序列集合C，其中M的取值可任意设定或参照最大可用频点数Nmax进行获取。考虑到实际的公共频段宽度会产生波动，从而WSN中的最大可用频点数Nmax将会产生波动，因此可根据节点空口信号带宽BW、公共频段的带宽B，及公式1.1确定动态的最大可用频点数Nmax: Γ — Bmax _ rttx),.腸(1.1)之后，由主节点在所在小区内向从节点广播原始跳频序列集合C。主节点根据可用频点数N (N彡Nmax)、主节点标识信息ID1、各从节点标识信息ID2、ID3……IDm (假设为m个从节点，其中，主节点标识信息ID1、及各从节点标识信息ID2、ID3……IDm是辨识节点各自属性的唯一标识)，及所述小区的节点参数K(K可根据小区的节点数取得，例如节点数为100，则K可选取与100最相近的2的整数7次方值128)，通过以下公式1.2生成各从节点的伪随机相位值Index,Index= (K*ID主+ID从)mod N (1.2),从上述各从节点的伪随机相位值Index的生成过程可知，由于不同的从节点的ID号不同，从而在各节点收到主节点统一广播的跳频序列C后，可获得特定的伪随机相位值Index，保证了各从节点跳帧序列的特殊性和唯一性。上述可用频点数N及可用频点集可通过主节点历史记录，或无线传感器网络中的记录获得。但上述确定可用频点数N及可用频点集的方式，由于系统的参数变化会产生波动，从而使同步跳频存在稳定性问题。同时在确定过程中，还可采用以下动态确定可用频点数N及可用频点集的方法，由主节点收发器通过PLL (锁相环)对频段内的各频点进行均匀扫描，得到各频点的RSSI (Received Signal Strength Indication接收的信号强度指示)和LQI (link quality indicator链路质量指示)。在上述通过PLL对各频点进行均勻扫描过程中，由于不同类型或厂家的收发器的PLL锁频时间存在差异，因此，若将锁频时间设定为固定值，将会使扫描结果出现差异。为解决这一问题，本专利技术中提出，由于大部分收发信机的锁频时间为20μ s 200μ s的范围值。因此，在进行公用频段无线传感网的空中功率谱的扫描过程中，当每个频点的锁频时间设定为IOms时就可满足不同类型的收发器的PLL的锁频时间要求，从而保证扫描 结果不受到收发器类型的影响。在得到各频点的RSSI和LQI后，可根据每个频点的RSSI和LQI参数，综合确定各频点的空口功率(空中接口功率)。从这些频点本文档来自技高网...

【技术保护点】
无线传感器网络中的同步跳频方法，其特征在于，包括：在无线传感器网络的小区中，主节点生成长度为M的原始跳频序列集合C；根据可用频点数N、主节点标识信息及各从节点标识信息生成各从节点的伪随机相位值Index，将该伪随机相位值Index、所述原始跳频序列集合C和所述可用频点数N发送至各从节点；所述各从节点根据所接收到的各自所述伪随机相位值Index、所述原始跳频序列集合C和所述可用频点数N生成跳频序列D'；在所述主节点及从节点间，根据所述跳频序列D'参照可用频点集实现同步跳频传输。

【技术特征摘要】
1.无线传感器网络中的同步跳频方法，其特征在于，包括: 在无线传感器网络的小区中，主节点生成长度为M的原始跳频序列集合C ; 根据可用频点数N、主节点标识信息及各从节点标识信息生成各从节点的伪随机相位值Index,将该伪随机相位值Index、所述原始跳频序列集合C和所述可用频点数N发送至各从节点； 所述各从节点根据所接收到的各自所述伪随机相位值Index、所述原始跳频序列集合C和所述可用频点数N生成跳频序列D’ ； 在所述主节点及从节点间，根据所述跳频序列D’参照可用频点集实现同步跳频传输。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括: 主节点对所述无线传感器网络中的各频点进行功率谱分布扫描，获取动态可用频点集，根据所述动态可用频点集确定可用频点集，根据所述动态可用频点集获取所述可用频点数N。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括: 主节点对所述无线传感器网络中的频点以设定驻留时间进行频点扫描，获取各频点接收的信号强度指示RSSI及链路质量指示LQI，根据各频点的所述RSSI及所述LQI，获取空口功率分布； 剔除所述空口功率分布中空口功率大于设定门限的频点，获取可用频点集。4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括: 主节点根据可用频点数N、主节点标识信息ID±、各从节点标识信息ID&及所述小区的节点参数K通过以下公式生成各从节点的伪随机相位值Index,Index= (K*ID主+ID从)mod N。5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述各从节点根据所接收到的各自所述伪随机相位值Index、所述原始跳频序列集合C和所述可用频点数N生成跳频序列D’的步骤包括: 所述各从节点根据所述伪随机相位值Index，从所述原始跳频序列集合C中顺序循环提取所述N个数，得到预跳频序列D，所述N为可用频点数； 根据所述预跳频序列D对所述可用频点数N进行取模，生成跳频序列D’。6.如权利要求1所述的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：何林，刘亚郡，金红谦，韩浩，
申请(专利权)人：思创网联北京科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11