专利名称：基于电磁频谱监测系统的功耗控制方法
技术领域：
本发明属于无线传感网应用管理领域，具体为基于电磁频谱监测系统的功耗控制方法。
背景技术：
电磁频谱空间是最复杂的空间之一，自然界的各种物理现象都会产生不规则的干扰频率，而且干扰的种类，频率范围，持续时间都没有规律。随着科技的发展，在各行各业及军事场景下，无线射频技术应用的日益增多，空间电磁信号变得更加拥挤和复杂，这给区域内电磁信号的监测、管理、分配和使用带来了诸多问题。为保障频谱资源合理有序的使用和无线通信网络的正常运行，需要运用先进的技术手段和设施，针对空间电磁环境状况进行分析与评估。传统的集中式台站电磁信号监测 设备体积过大，不利于室外监测，造价过高，当监测设备距离信号源超过一定距离时会造成监测结果不准确。利用无线传感器网络进行分布式监测有着诸多优点，价格较为低廉、由于体积小便于布设，传感器监测节点可以距离信号源更近、监测电磁信号的频段更为广泛。考虑到设备的使用环境和小型化要求，供电采用市电和电池供电模式。在使用环境没有市电时，设备需要电池供电。为了延长感知节点单次充电的可用时间，延长整个监测系统的使用时间，在系统的功耗控制上设计了专门的功率控制方法。
发明内容
本发明的目的是为延长单次充电整个监测系统的使用时间，提供一种基于电磁频谱监测系统的功耗控制方法。一种基于电磁频谱监测系统的功耗控制方法，包括以下步骤(I)构建基于无线传感器网络的电磁信号监测系统，所述的电磁信号监测系统包括电磁信号监测层、信息汇聚层和信息处理中心层；电磁信号监测层是电磁信号监测系统的最底层，由采集电磁信号的感知节点组成；所述的信息汇聚层由汇聚节点组成，接收并转发感知节点上报给中心节点的电磁信号数据和中心节点下发给感知节点的策略；所述的信息处理中心层由中心节点组成，用于电磁信号数据分析处理和规划系统策略；(2)系统开始工作后，信息处理中心层的中心节点向信息汇聚层的各汇聚节点下发监测策略，监测策略包括监测时间、信号调制类型、中心频率、带宽和波特率信号；(3)信息汇聚层的汇聚节点接收信息处理中心层的中心节点下发的监测策略并转发给本簇的电磁信号监测层的感知节点，电磁信号监测层的感知节点收到监测策略后配置本节点并按照策略开始监测任务；(4)各感知节点定时对自己的电池电量进行采样，并通过汇聚节点定时上报给中心节点；(5)中心节点根据目前的监测任务和感知节点的电量，重新制定路由表，确定数据路由路径；同时确定哪些感知节点处于工作状态，哪些感知节点处于休眠状态；中心节点形成新的监测策略；(6)中心节点将新的监测策略进行下发，系统按新的监测策略进行监测，之后重复步骤⑶至步骤(6)；完成电磁频谱监测系统的功耗控制。本发明与现有技术相比所取得的有益效果为本发明的方法可由感知节点将自己的电池电量上报给中心节点，中心节点根据目前的监测任务和感知节点的电量，重新制定路由表，确定数据路由路径，形成新的监测策略，并可对新的监测策略进行实时修正，延长了感知节点设备单次充电的可用时间，延长了整个监测系统的使用时间。
图I电磁信号监测系统拓扑示意图；图2电磁信号监测系统组网流程图。具体实施方法以下结合附图及实例对本发明作进一步说明一种基于电磁频谱监测系统的功耗控制方法，包括以下步骤(I)构建基于无线传感器网络的电磁信号监测系统，所述的电磁信号监测系统包括电磁信号监测层、信息汇聚层和信息处理中心层；电磁信号监测层是电磁信号监测系统的最底层，由采集电磁信号的感知节点组成；所述的信息汇聚层由汇聚节点组成，接收并转发感知节点上报给中心节点的电磁信号数据和中心节点下发给感知节点的策略；所述的信息处理中心层由中心节点组成，用于电磁信号数据分析处理和规划系统监测策略；图I为电磁信号监测系统拓扑示意图，系统采取分频段监测、分级汇总和告警上报相结合的工作模式，采用基于集中配置管理和处理的分级分布式传感器网络总体架构。网络系统包含以下网络设备各频段电磁信号感知节点、信息汇聚节点、信息处理中心节点。电磁信号感知节点携带频谱监测模块对周围空间中的电磁信号进行监测，协同工作以实现全频段内的信号监测要求；信息汇聚节点具备较强的信息处理和传输能力，负责实现本区域内各感知节点的接入及数据的聚合、查询、管理；信息处理中心节点负责整个传感器网络系统的管理和集中配置，提供分布式数据聚合和信息融合的能力。(2)系统开始工作后，信息处理中心层的中心节点向信息汇聚层的各汇聚节点下发监测策略，监测策略包括监测时间、信号调制类型、中心频率、带宽和波特率信号。图2为电磁信号监测系统组网流程图，在流程图中展示了整个电磁频谱监测系统的组网及工作流程；(3)信息汇聚层的汇聚节点接收信息处理中心层的中心节点下发的监测策略并转发给本簇的电磁信号监测层的感知节点；电磁信号监测层的感知节点收到监测策略后配置本节点并按照策略开始监测任务。(4)各感知节点定时对自己的电池电量进行采样，并通过汇聚节点定时上报给中心节点。为了便于功耗控制，感知节点设备作了专门的功耗控制的设计包括设备低层电池电量上报机制，设备各单元的供电控制，电源短路、发热保护。内容如下
A、设备电池电量上报机制设备具有定时上报电池电量的功能，尤其在电池电量较少时上报电量会很不稳定，采用数据两次筛选滤波的办法保证了电池电量上报的准确性。B、设备各单元供电控制设备采用多模块单元设计，各单元之间单独供电，设备可只维持主控制器供电，关闭其余模块的供电，在需要的时候再唤醒。当设备只有主控制器供电时，设备便进入了休眠状态。C、电源短路、发热保护设备电源具有短路和热保护功能，当某一路电路发生短路时，电源模块会自动切断该路电源输出；当电源输出功率过大，过热时，电源模块会自动切断电源输出，待温度降低后恢复供电。 (5)中心节点根据目前的监测任务和感知节点的电量，重新制定路由表，确定数据路由路径；同时确定哪些感知节点处于工作状态，哪些感知节点处于休眠状态；中心节点形成新的监测策略。在系统层面的功耗控制上，也做了专门的设计，包括系统各设备网络层的电池电量上报机制、基于功耗控制的多跳路由设计，多感知节点的协作控制。具体内容如下A、基于系统网络层的电池电量上报机制系统中各设备会通过无线网络定时上报自己的电池电量，在中心节点会建立一个时时数据库，来监测、记录各节点的电量。B、基于功耗控制的多跳路由设计中心节点会根据各节点的电池电量制定最为简洁的路由路径，尽量延长系统的监测时间。C、多感知节点的协作控制系统中感知节点是功耗最大的设备，尤其是感知节点的模拟前端功耗较大。为了延长系统的运行时间，作为备份，在监测区域需要多布置几个感知节点。各感知节点分工协作，有处于工作状态、有的处于数据转发状态，有的处于休眠状态。当中心节点发现处于工作状态的节点电量下降太大时，就启用休眠状态的节点来代替它。(6)中心节点将新的监测策略进行下发，系统按新的监测策略进行监测，之后重复步骤⑶至步骤(6)。各感知节接收到新的监测策略后，按新策略执行各自的任务。随着时间的推移，根据各个感知节点的电池电量的变化，中心节点会制定、下发新的监测策略，之后根据感知节点的电池电量的变化，不断修正系统的工作状态。电磁信号监测层的感知节点配置策略完成后，感知节点对空间电磁信息进行监测，并将监测结果上报到对应的信息汇聚层的汇聚节点。信息汇聚层的汇聚节点再将数据上报信息处理中心层的中心节点。信息处理中心层的中心节点接收到汇聚节点上报的监测数据后，对各个监测节点的监测信息进行融合分析，并记录信号的特征参数形成态势、文字、图片类型的输出，然后信息中心继续接收各监测节点上报的监测数据并对信号态势分布进行完善，直至达到监测任务中所要求的监测时间。至此监测任务结束。
权利要求
1.一种基于电磁频谱监测系统的功耗控制方法，包括以下步骤 (1)构建基于无线传感器网络的电磁信号监测系统，所述的电磁信号监测系统包括电磁信号监测层、信息汇聚层和信息处理中心层；电磁信号监测层是电磁信号监测系统的最底层，由采集电磁信号的感知节点组成；所述的信息汇聚层由汇聚节点组成，接收并转发感知节点上报给中心节点的电磁信号数据和中心节点下发给感知节点的策略；所述的信息处理中心层由中心节点组成，用于电磁信号数据分析处理和规划系统策略； (2)系统开始工作后，信息处理中心层的中心节点向信息汇聚层的各汇聚节点下发监测策略，监测策略包括监测时间、信号调制类型、中心频率、带宽和波特率信号； (3)信息汇聚层的汇聚节点接收信息处理中心层的中心节点下发的监测策略并转发给本簇的电磁信号监测层的感知节点，电磁信号监测层的感知节点收到监测策略后配置本节点并按照策略开始监测任务； (4)各感知节点定时对自己的电池电量进行采样，并通过汇聚节点定时上报给中心节占. (5)中心节点根据目前的监测任务和感知节点的电量，重新制定路由表，确定数据路由路径；同时确定哪些感知节点处于工作状态，哪些感知节点处于休眠状态；中心节点形成新的监测策略； (6)中心节点将新的监测策略进行下发，系统按新的监测策略进行监测，之后重复步骤(3)至步骤(6)； 完成电磁频谱监测系统的功耗控制。
全文摘要
本发明涉及一种基于电磁频谱监测系统的功耗控制方法，电磁频谱监测系统就是在监测区域布设多组电磁频谱监测感知节点和多个汇聚节点，感知节点将监测到的电磁信号通过簇内通信传送到汇聚节点，再通过多跳路由组网，将数据传输到中心节点，在中心节点完成电磁信号融合、参数提取，以及态势分布的系统。整个系统通过无线传感网传输数据和指令。中心节点除了进行监测数据融合外，还负责各感知节点监测策略的下发。汇聚节点负责上下行数据和指令的传送。本发明的方法延长了感知节点设备单次充电的可用时间，延长了整个监测系统的使用时间。
文档编号H04W52/00GK102905289SQ20121041125
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月24日 优先权日2012年10月24日
发明者吕霆, 张国忠, 洪浩, 孙少鹏, 戴辉, 李戈, 刘晓东, 杨国瑞, 梁倩, 王更辉, 牛增新 申请人:中国电子科技集团公司第五十四研究所