一种异构无线网络拓扑认知方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种异构无线网络拓扑认知方法及系统，包括：本网设备采集各它网设备间数据传输的时域能量信号；本网设备将时域能量信号分离成独立的信号帧序列，并得到信号帧特征信息；本网设备根据信号帧特征信息进行聚类分析，得到表示各类信号帧与它网设备对应关系的它网邻居表；根据它网邻居表，实现信号帧对齐和它网设备聚合；根据信号帧对齐和它网设备聚合结果，推断信号帧间的传送关系，获得它网设备局部拓扑信息，再将所有它网设备局部拓扑信息汇聚到本网网关，重构出在本网监测范围内它网的全局拓扑关系。本方法通过信号感知分析形成对异构的它网拓扑的认识，用于本网设备进行局部（或全局）的通信协调调度，提高了空间频谱使用效率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种异构无线网络拓扑认知方法及系统，包括：本网设备采集各它网设备间数据传输的时域能量信号；本网设备将时域能量信号分离成独立的信号帧序列，并得到信号帧特征信息；本网设备根据信号帧特征信息进行聚类分析，得到表示各类信号帧与它网设备对应关系的它网邻居表；根据它网邻居表，实现信号帧对齐和它网设备聚合；根据信号帧对齐和它网设备聚合结果，推断信号帧间的传送关系，获得它网设备局部拓扑信息，再将所有它网设备局部拓扑信息汇聚到本网网关，重构出在本网监测范围内它网的全局拓扑关系。本方法通过信号感知分析形成对异构的它网拓扑的认识，用于本网设备进行局部（或全局）的通信协调调度，提高了空间频谱使用效率。【专利说明】一种异构无线网络拓扑认知方法及系统
本专利技术涉及无线通信、无线自组织网络、无线传感器网络和无线局域网络
，尤其涉及一种异构无线网络拓扑认知方法及系统。
技术介绍
终端无线化不仅给人们带来随时随地使用的便捷，而且大大降低了系统施工成本，因而备受产业和用户的推崇。尤其是随着无线传感器网络技术的成熟和应用，无线设备和无线网络开始以前所未有的速度增长。由于频谱资源稀缺，作为一种战略资源被管控，能够在民间自由使用的频段非常有限，从而导致众多异构的无线设备和无线网络在同一个频段中竞争。这种状态在更高的频谱资源没有开发出来以前将成为常态。异构网络是指与感知设备在同一个空间，通信频段有交叠，但彼此通信制式不同，无法直接解码对方信息的设备组成的网络。因此，当多种不同无线设备在同一个空间中交叠使用频谱时，会导致设备之间的干扰，从而降低频谱的利用率。如何让这些异构的无线设备和无线网络在空间中和谐共享有限的频谱资源一直是研究人员努力的方向。在相同无线制式的设备间进行通信协调已经得到了充分的研究，而不同编码方式、不同带宽的无线设备之间如何相互感知、相互协调则存在着很多难点未能解决。本专利提出一种通过采样无线能量水平、时帧宽度和帧间时距，通过特征聚类的方式实现一种网络对另外一种网络进行拓扑识别的方法，为进一步研究异构无线网络间的协调方法提供基础彳目息。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种针对交叠通信频段、不同通信制式的异构无线网络拓扑认知方法及系统，用于解决不同编码方式、不同带宽的无线设备之间的相互感知和相互协调问题。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下:一种异构无线网络拓扑认知方法，选定若干独立且可相互感知的无线网络，将进行感知的无线网络作为本网，将被感知的无线网络作为它网，具体步骤包括:步骤1，本网设备采集其监控范围内的各它网设备间数据传输的时域能量信号；步骤2，本网设备根据采集的时域能量信号的强度值变化将时域能量信号分离成独立的信号帧序列，并统计分析得到信号帧序列的信号帧特征信息；步骤3，本网设备根据信号帧特征信息进行聚类分析，将属于同一它网设备发出的信号帧聚为一类，得到用于表示各类信号帧与它网设备对应关系的它网邻居表；步骤4，根据它网邻居表，处理不同本网设备获得的同一它网设备发出的信号帧特征信息，实现信号帧对齐；步骤5，信号帧对齐之后，再根据它网邻居表，匹配不同本网设备获得的同一它网设备的信号帧特征信息，实现它网设备聚合；步骤6，根据信号帧对齐和它网设备聚合结果，推断信号帧间的传送关系，获得它网设备局部拓扑信息，再将所有它网设备局部拓扑信息汇聚到本网网关，由本网网关重构出在本网监测范围内它网的全局拓扑关系。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述步骤I中本网设备需要判断采集到的时域能量信号的来源，具体判断方法为:若本网设备能够对采集到的时域能量信号解码，则认为该时域能量信号来自本网其它设备，否则认为是来自它网设备。进一步，所述步骤3中具体包括:根据信号帧特征信息中的信号强度的统计特征，判断信号帧是否为同一个它网设备发送出来的信号，将属于同一它网设备发送的信号帧聚为一类，得到用于表示各类信号帧与它网设备对应关系的它网邻居表。进一步，所述步骤4中处理不同本网设备获得的同一它网设备发出的信号帧特征信息，实现信号帧对齐具体包括:步骤41，找出各本网设备监测到的信号帧序列中时帧宽度相同的信号帧，得到各本网设备的同帧序列；步骤42，针对同帧序列构造由时帧宽度和同帧时距构成的矩阵，分别得到各同帧序列的同帧相似矩阵；步骤43，找出各同帧相似矩阵中的最大相等子矩阵，该子矩阵的阶代表信号帧序列中能够对齐的同帧数量，并通过对齐这几个同帧来实现信号帧的对齐。进一步，所述步骤5中实现它网设备聚合是用于保证所述步骤43中的各同帧相似矩阵的最大相等子矩阵中所代表的各个信号帧由同一个它网设备发送出来。进一步，所述步骤6中推断信号帧间的传送关系具体包括:步骤61，各本网设备将所有本网设备监测到的它网信号帧序列合并在一个时间轴上；步骤62，各本网设备在合并的信号帧序列上根据时帧宽度推断能出现的ACK帧；步骤63，各本网设备根据ACK帧与该ACK帧的前帧的时帧关系推断ACK帧是否为对前帧的应答，从而判定该ACK帧是否为真的ACK应答帧；步骤64，若ACK帧为真的ACK应答巾贞，则认为发送信号帧和ACK帧的它网设备之间存在传送关系。进一步，所述信号帧特征信息包括:信号强度、时帧宽度、帧间时距和同帧时距。对应地，本专利技术的技术方案还包括一种异构无线网络拓扑认知系统，其选定若干独立且可相互感知无线网络，将进行感知的无线网络作为本网，将被感知的无线网络作为它网，该异构无线网络拓扑认知系统包括依次连接的时域能量信号采集模块、信号帧序列生成模块、信号帧聚类分析模块、信号帧对齐模块、它网设备聚合模块和拓扑关系生成模块:所述时域能量信号采集模块，其置于本网设备中，用于使本网设备采集其监控范围内的各它网设备间数据传输的时域能量信号；所述信号帧序列生成模块，其置于本网设备中，用于使本网设备根据采集的时域能量信号的强度值变化将时域能量信号分离成独立的信号帧序列，并统计分析得到信号帧序列的信号帧特征信息；所述信号帧聚类分析模块，其置于本网设备中，用于使本网设备根据信号帧特征信息进行聚类分析，将属于同一它网设备发出的信号帧聚为一类，得到用于表示各类信号中贞与它网设备对应关系的它网邻居表；所述信号帧对齐模块，其用于根据它网邻居表，处理不同本网设备获得的同一它网设备发出的信号帧特征信息，实现信号帧对齐；所述它网设备聚合模块，其用于在实现信号帧对齐之后，再根据它网邻居表，匹配不同本网设备获得的同一它网设备的信号帧特征信息，实现它网设备聚合；所述拓扑关系生成模块，其用于根据信号帧对齐和它网设备聚合结果，推断信号帧间的传送关系，获得它网设备局部拓扑信息，再将所有它网设备局部拓扑信息汇聚到本网网关，由本网网关重构出在本网监测范围内它网的全局拓扑关系。其中，所述信号帧特征信息包括:信号强度、时帧宽度、帧间时距和同帧时距。进一步，所述信号帧对齐模块包括依次连接的同帧序列构造模块、同帧相似矩阵生成模块和信号帧对齐实现模块:所述同帧序列构造模块，其用于找出各本网设备监测到的信号帧序列中时帧宽度相同的信号帧，得到各本网设备的同帧序列；所述同帧相似矩阵生成模块，其用于针对同帧序列构造由时帧宽度和同帧时距构成的矩阵，分别得到各同帧序列的同帧相似本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种异构无线网络拓扑认知方法，选定若干独立且可相互感知的无线网络，将进行感知的无线网络作为本网，将被感知的无线网络作为它网，其特征在于，具体步骤包括：步骤1，本网设备采集其监控范围内的各它网设备间数据传输的时域能量信号；步骤2，本网设备根据采集的时域能量信号的强度值变化将时域能量信号分离成独立的信号帧序列，并统计分析得到信号帧序列的信号帧特征信息；步骤3，本网设备根据信号帧特征信息进行聚类分析，将属于同一它网设备发出的信号帧聚为一类，得到用于表示各类信号帧与它网设备对应关系的它网邻居表；步骤4，根据它网邻居表，处理不同本网设备获得的同一它网设备发出的信号帧特征信息，实现信号帧对齐；步骤5，信号帧对齐之后，再根据它网邻居表，匹配不同本网设备获得的同一它网设备的信号帧特征信息，实现它网设备聚合；步骤6，根据信号帧对齐和它网设备聚合结果，推断信号帧间的传送关系，获得它网设备局部拓扑信息，再将所有它网设备局部拓扑信息汇聚到本网网关，由本网网关重构出在本网监测范围内它网的全局拓扑关系。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱红松，陈磊，黄文军，曾轶，孙利民，
申请(专利权)人：中国科学院信息工程研究所，
类型：发明
国别省市：