专利名称：一种异构无线mesh网络的监测与估计方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，特别是指一种异构无线mesh网络的监测与估计方法。
背景技术：
无线mesh网络是一种自组织型的宽带网络，在提供多跳连接链路同时，也要适应复杂的网络环境，包括网络内部和网络之间的无线信道干扰。首先，网络内部无信息交换和接入控制中心，从而使之面临“隐藏终端”和“暴露终端”问题，物理信道“载波监听”无法解决逻辑信道冲突；其次，异构无线mesh网络使用“载波监听”难以监测其相互间的干扰。因此，作为自组织型的无线mesh网络需要寻求其他途径获得其网络内部工作状态和外部无线环境。
目前，作为传输平台的无线mesh网络具有网络信息的多点采集能力，在此基础上构建的测量网络架构和策略提升了无线mesh网络内部工作状态的感知能力。然而，却忽略了无线mesh网络中多跳时延对于测量信息融合准确度的影响；另一方面也未解决其网络外部无线环境的感知，即异构的无线mesh网络带来的隐藏/暴露终端问题。在同构点对多点的组网模式下，可通过链路层的RTS-CTS-ACK机制判定隐藏/暴露终端。在mesh组网模式下依靠DBTMA协议可解决隐藏/暴露终端问题。但是在异构无线mesh网络中，原有的 RTS-CTS-ACK机制无法识别隐藏/暴露终端。
综上所述现有的无线mesh网络采用的二层协议以及RTS_CTS_ACK机制主要解决了同构mesh网络内部的工作状态的监测和隐藏暴露终端的估计，而无法解决异构无线 mesh网络之间工作状态和环境的监测以及其内部隐藏暴露终端的估计和判定。发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服异构无线mesh网络二层协议的无法互通问题，解决异构无线mesh网络中网络信息的监测和融合以及隐藏/暴露终端的估计和判定。 使得异构无线mesh网络获得更加准确的监测信息和更小的误检概率，达到对mesh网络更好的控制。
本发明为解决上述技术问题提供一种异构无线mesh网络的监测与估计方法，其特征在于
A、异构无线mesh网络由测量网络和传输网络组成。测量网络包含测量节点和测量信息融合节点。测量信息融合节点利用各个测量节点获得的测量信息之间的强相关特性，分离出各个被测节点的信息时间序列，同时对多个测量节点测得的信息时间序列进行空间融合。采用时空融合方案解决测量节点地理位置的差异以及测量信息到达时间不同步的问题，实现被测节点的融合判决；
B、测量网络中的节点根据测量信息的物理频谱特性，监测出异构无线mesh网络中节点之间的通信工作对。采用基于相关性的判定策略，根据各个通信工作对之间信息的互相关特性，解决异构无线mesh网络中的隐藏/暴露终端问题。
所述步骤A中，异构无线mesh网络是指两个或两个以上无线mesh网络工作在有重叠的无线频谱段，不同网络之间即使采用相同的协议也无法实现数据链路层协议沟通。 测量网络是在无线mesh传输网络中选取一部分节点构成的。所述步骤A中，传输节点和测量节点在无线mesh网络中构成空间上的多点测量体系。每个测量节点直接获取被测节点的测量信息并以单跳或多跳的传输方式将测量信息发送至信息融合节点。
所述步骤A中，多点测量体系的单元是由多个测量节点和一个被测节点构成，处在不同地理位置的测量节点同时对某个被测节点进行监测并获得其信息，同时利用多组被测节点的信息实现被测节点的准确测量。
所述步骤A中，测量节点测量周围多个被测节点，不同测量节点测得的被测节点可能部分重合或完全不同，通过不同测量节点的测量信息之间的强相关特性，分离出各个被测节点的信息，使测量信息进行时空融合。
所述步骤A中，测量信息到达时间不同步是由于无线mesh网络节点的空间分布特性和多跳传输特性。
所述步骤A中，时空融合方案具体包括测量信息融合节点收集不同测量节点的测量信息，构成测量信息的时空矩阵；采用时空融合算法，对到达时间不同步的测量信息进行预测，实现时空矩阵中测量信息的准同步；对测量信息进行融合判决。
所述步骤A中，时空融合算法是针对测量信息在地理位置的差异以及测量信息到达时间不同步设计的。主要包括信息融合节点获得测量节点的信息，并将测量信息离散化为信息时间序列；选择合适的信息预测方程，根据测量信息传输经历的跳数h与预测步数N 的关系，对各个测量信号时间序列实行提前N步的预测；利用测量信息对测量预测信息进行修正，使预测信息误差在允许的范围内。
所述步骤B中，针对异构无线mesh网络终端之间无法实现数据链路层协议的互通，无法在二层协议上解析通信工作对。利用测量信息以及测量节点自身的信息在物理层表现出的物理频谱特性，监测处于双工状态的通信工作对。
所述步骤B中，基于相关性的判定策略是根据测量信息与测量节点自身信息的自相关和互相关特性的分析，来识别隐藏/暴露终端。采用如下互相关函数
权利要求
1.本发明为解决上述技术问题提供一种异构无线mesh网络的监测与估计方法，其特征在于A、异构无线mesh网络由测量网络和传输网络组成。测量网络包含测量节点和测量信息融合节点。测量信息融合节点利用各个测量节点获得的测量信息之间的强相关特性，分离出各个被测节点的信息时间序列，同时对多个测量节点测得的信息时间序列进行空间融合。采用时空融合方案解决测量节点地理位置的差异以及测量信息到达时间不同步的问题，实现被测节点的融合判决；B、测量网络中的节点根据测量信息的物理频谱特性，监测出异构无线mesh网络中节点之间的通信工作对。采用基于相关性的判定策略，根据各个通信工作对之间信息的互相关特性，解决异构无线mesh网络中的隐藏/暴露终端问题。
2.根据权利要求1所述的异构无线mesh网络的监测与估计方法，其特征在于所述步骤A中，异构无线mesh网络是指两个或两个以上无线mesh网络工作在有重叠的无线频谱段，不同网络之间即使采用相同的协议也无法实现数据链路层协议沟通。测量网络是在无线mesh传输网络中选取一部分节点构成的。
3.所述步骤A中，多点测量体系的单元是由多个测量节点和一个被测节点构成，处在不同地理位置的测量节点同时对某个被测节点进行监测并获得其信息，同时利用多组被测节点的信息实现被测节点的准确测量。
4.根据权利要求1所述的异构无线mesh网络的监测与估计方法，其特征在于所述步骤A中，测量节点测量周围多个被测节点，不同测量节点测得的被测节点可能部分重合或完全不同，通过不同测量节点的测量信息之间的强相关特性，分离出各个被测节点的信息， 使测量信息进行时空融合。
5.根据权利要求1所述的异构无线mesh网络的监测与估计方法，其特征在于所述步骤A中，时空融合方案具体包括测量信息融合节点收集不同测量节点的测量信息，构成测量信息的时空矩阵；采用时空融合算法，对到达时间不同步的测量信息进行预测，实现时空矩阵中测量信息的准同步；对测量信息进行融合判决。
6.根据权利要求1所述的异构无线mesh网络的监测与估计方法，其特征在于所述步骤A中，时空融合算法是针对测量信息在地理位置的差异以及测量信息到达时间不同步设计的。主要包括信息融合节点获得测量节点的信息，并将测量信息离散化为信息时间序列；选择合适的信息预测方程，根据测量信息传输经历的跳数h与预测步数N的关系，对各个测量信号时间序列实行提前N步的预测；利用测量信息对测量预测信息进行修正，使预测信息误差在允许的范围内。
7.根据权利要求1所述的异构无线mesh网络的监测与估计方法，其特征在于所述步骤B中，针对异构无线mesh网络终端之间无法实现数据链路层协议的互通，无法在二层协议上解析通信工作对。利用测量信息以及测量节点自身的信息在物理层表现出的物理频谱特性，监测处于双工状态的通信工作对。
8.根据权利要求1所述的异构无线mesh网络的监测与估计方法，其特征在于所述步骤B中，基于相关性的判定策略是根据测量信息与测量节点自身信息的自相关和互相关特性的分析，来识别隐藏/暴露终端。采用如下互相关函数r _ ^(Si(H)-W))(Fj(n)-Fjn)) Vii ^ (Si (η) - W)f 2 (巧(“)-1Mf示节点i与节点j之间的信息的互相关系数。其中，ij定义为通信方向是从节点 i到节点j，即i为源节点，j为目的节点。在通信工作对节点i与节点j为同类型节点的情况下若i与j在同一覆盖区域，则令b = 1 ；否则令& = 0。Si(Ii)表示测量节点的信息时间序列，Fj (η)表示测量节点i感知到传输节点j的归一化的信号时间序列，而:^和 ■是其各自的均值。信息融合判决中心收集来自测量节点的测量信息，对通信工作对之间的信息进行互相关运算，构成如下相关系数矩阵-It中M是测量节点数，N是传输节点数。对相关系数矩阵进行分析，可判定异构无线mesh网络中的隐藏/暴露终端。
全文摘要
本发明提供一种异构无线mesh网络的监测与估计方法，通过各个测量节点获得的测量信息之间的强相关特性，分离出各个被测量节点的信息。并采用时空融合方法，解决了测量节点地理位置差异以及测量信息的到达时间不同步，实现测量信息的融合判决；同时，采用物理频谱感知技术测量处于双工状态的目标传输网络节点，监测出异构无线mesh网络中的通信工作对。通过相关性判定策略识，根据通信工作对之间的互相关特性，识别出隐藏/暴露终端，降低了测量信息的误检概率。
文档编号H04L29/08GK102523603SQ20111044504
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者叶蕾, 杨家全, 柏崧, 治学亮, 王晓翔, 胡致远, 苏适, 黄东 申请人:重庆大学