基于空闲频段选择的物流信息远程实时监测方法

摘要

本发明涉及基于空闲频段选择的物流信息远程实时监测方法，用于由物流管理平台、载有货物的物流车辆所形成的物流信息远程监控系统。通过在物流车辆上设置协同工作的频谱感知模块和频谱感知融合模块，获取表征频谱感知模块性能的归一化可信指数以及影响频谱感知模块检测性能的归一化速度影响因子，从而得到表征处于移动状态的频谱感知模块性能的优先级指数指标；通过优先级指数来筛选参与协作检测的频谱感知模块，保证所筛选出的频谱感知模块的高检测性能以及对物流车辆周围通信环境中频段状态的检测准确度，实现了物流车辆上的通信模块能够准确地切换至空闲频段上工作，以保证远端物流管理平台对物流车辆上货物的远程实时监测。

主权项

基于空闲频段选择的物流信息远程实时监测方法，用于由物流管理平台、载有货物的物流车辆所形成的物流信息远程监控系统，物流车辆上设置有控制器以及分别连接控制器的RFID扫描器、GPS定位器、摄像头、存储器、频谱感知融合模块、N个频谱感知模块以及实现连接物流管理平台的通信模块，RFID扫描器、GPS定位器、摄像头和通信模块分别连接存储器，货物上具有含有货物编号、货物名称、发件人信息和收件人信息的RFID标签，N≥3，其特征在于，所述物流信息远程实时监测方法依次包括如下步骤：步骤1，物流管理平台对物流员已揽件的货物登记、存储，并生成包括有货物编号、货物名称、发件人信息以及收件人信息的RFID标签，RFID标签贴于对应的货物上；其中，RFID标签内的货物编号与货物名称一一对应；步骤2，物流管理平台根据已登记的货物信息将各货物分配给对应的物流车辆载运，物流管理平台存储各货物与载运物流车辆之间的一一对应关系，从而在物流管理平台中建立已登记被载运货物的物流信息数据库；步骤3，物流车辆在运送货物的过程中，物流车辆通过通信模块建立与物流管理平台的通信连接；步骤4，当物流管理平台需要远程监测货物的实时状态时，物流管理平台发送所需监测货物的货物编号给对应的物流车辆，对应物流车辆上的控制器在接收到物流管理平台发送来的监测命令以及货物编号后，控制器命令RFID扫描器扫描车辆上的货物，控制器命令GPS定位器、摄像头和各频谱感知模块启动，以开启物流管理平台对物流车辆上货物的远程实时监测；步骤5，物流车辆上的各频谱感知模块在物流车辆内移动且由各频谱感知模块启动对周围通信环境中空闲频段的侦测工作，以在物流管理平台发送监测货物状态的指令时，物流车辆上的通信模块切换至所侦测到的空闲频段上通信，从而建立物流车辆与物流管理平台之间的大数据顺畅通信；其中，物流车辆上的频谱感知模块侦测周围通信环境中空闲频段的过程包括如下步骤5‑1至步骤5‑7：步骤5‑1，N个频谱感知模块分别获取自身信噪比和即时速度矢量值，各频谱感知模块按照各自的预设检测周期对周围通信环境中M个授权频段的占用情况依次分别进行能量检测，然后将获取的即时位置、检测概率、虚警概率以及自身信噪比分别对应地发送给频谱感知融合模块，由频谱感知融合模块发送其自身位置给各频谱感知模块，M≥2；其中：物流车辆上的频谱感知融合模块标记为FC，第i个频谱感知模块标记为CR_i，频谱感知模块CR_i自身的信噪比记为SNR_i，即时速度矢量值包括即时速度值以及即时速度的偏移角，即时速度的偏移角为频谱感知模块当前前进方向偏离该频谱感知模块前一时刻速度方向的偏离角度，频谱感知模块CR_i的即时速度值标记为v_i，频谱感知模块CR_i的即时速度v_i的偏移角标记为θ_i，频谱感知模块CR_i的预设检测周期记为T_CRi；频谱感知模块CR_i对授权频段j的检测概率为P_d(CR_i,j)，频谱感知模块CR_i对授权频段j的虚警概率记为P_f(CR_i,j)，i＝1,2,…,N，N≥3；j＝1,2,…,M，M≥2；步骤5‑2，物流车辆上的各频谱感知模块判断在其对应的预设检测周期内，如果当前时刻获取的检测概率与其前一时刻获取的检测概率之间的差值没有处于允许误差范围内时，则该频谱感知模块发送当前时刻的检测结果给频谱感知融合模块存储，以更新其在频谱感知融合模块处的检测概率和虚警概率；否则，该频谱感知模块在当前的预设检测周期内不再对频谱感知融合模块处的检测结果进行更新；频谱感知模块发送的检测结果包括对授权频段的检测概率和虚警概率；步骤5‑3，物流车辆上的频谱感知融合模块计算各频谱感知模块在所有频谱感知模块中的归一化可信指数以及各频谱感知模块所受周围频谱感知模块干扰的归一化干扰指数；其中，频谱感知模块CR_i的归一化可信指数记为频谱感知模块CR_i的归一化干扰指数记为${\omega }_i=\frac{{\mathrm{SNR}}_i}{\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\left({\mathrm{SNR}}_i\right)}^2}{N}}}·\frac{v_i·{\mathrm{cos\theta }}_i}{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}(v_i·{\mathrm{cos\theta }}_i)};\overline{{\omega }_i}=\frac{{\omega }_i}{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\omega }_i};$${\zeta }_i=\frac{\underset{l=1,l\ne i}{\overset{N}{\Sigma }}\frac{{{\mathrm{SNR}}^2}_l-{{\mathrm{SNR}}^2}_i}{{{\mathrm{SNR}}^2}_i}}{\sqrt{\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{(1/{{\mathrm{SNR}}^2}_i)}^2}};\overline{{\zeta }_i}=\frac{{\zeta }_i}{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\zeta }_i};$步骤5‑4，物流车辆上的频谱感知融合模块根据各频谱感知模块的预设检测周期、即时速度值以及即时速度方向的偏移角，获取得到各频谱感知模块的归一化速度影响因子以及参与协作检测的优先级指数；其中，各频谱感知模块的归一化速度影响因子和优先级指数的获取过程包括如下步骤5‑41至步骤5‑44：步骤5‑41，物流车辆上的频谱感知融合模块根据各频谱感知模块的预设检测周期、即时速度值以及即时速度方向的偏移角，得到频谱感知模块至频谱感知融合模块实时距离之间的函数方程；其中：${\mathrm{\Delta d}}_i=\sqrt{{(D_{0_i}+v_i·T_{{\mathrm{CR}}_i}·{\mathrm{cos\theta }}_i)}^2+{(v_i·T_{{\mathrm{CR}}_i}·{\mathrm{sin\theta }}_i)}^2};$其中，Δd_i表示频谱感知模块CR_i至频谱感知融合模块FC的实时距离，T_CRi表示频谱感知模块CR_i的预设检测周期，D_0i表示频谱感知模块CR_i初始位置至频谱感知融合模块FC的直线距离；步骤5‑42，根据频谱感知模块与频谱感知融合模块间的实时距离以及频谱感知模块的累计移动时间，得到频谱感知模块在累计移动时间内的平均速度值，并将该平均速度值发送给频谱感知融合模块；频谱感知模块CR_i的平均速度值计算如下：$\overline{v_i}=\frac{{\mathrm{\Delta d}}_i}{T_i};$其中，表示频谱感知模块CR_i在累计移动时间内的平均速度值，T_i表示频谱感知模块CR_i的累计移动时间；步骤5‑43，物流车辆上的频谱感知融合模块根据各频谱感知模块发送来的平均速度值，计算各频谱感知模块的速度对其检测结果的归一化速度影响因子；其中，频谱感知模块CR_i所对应的归一化速度影响因子的计算公式如下：${\kappa }_i=\frac{max\left(\bar{v}\right)-min\left(\bar{v}\right)}{max\left(\bar{v}\right)+min\left(\bar{v}\right)}·\frac{{\bar{v}}_i·{\theta }_i}{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}(\overline{v_i}·{\theta }_i)};\overline{{\kappa }_i}=\frac{{\kappa }_i}{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\kappa }_i};$ N表示物流车辆上的所有频谱感知模块的总数目，表示所有频谱感知模块的平均速度值中的最大值，表示所有频谱感知模块的平均速度值中的最小值；θ_i表示频谱感知模块CR_i的即时速度的偏移角；步骤5‑44，物流车辆上的频谱感知融合模块根据各频谱感知模块对应的归一化可信指数、归一化干扰指数以及归一化速度影响因子，得到各频谱感知模块参与协作检测的优先级指数；其中，频谱感知模块CR_i参与协作检测的优先级指数记为φ_i：优先级指数φ_i的计算公式为i＝1,2,…,N，N≥3；步骤5‑5，物流车辆上的频谱感知融合模块预设筛选协作频谱感知模块的优先级指数筛选阈值，并根据优先级指数筛选阈值以及各频谱感知模块参与协作检测的优先级指数，筛选得到最终参与协作检测的频谱感知模块，并将筛选得到的频谱感知模块置入协作频谱感知模块集合中：当频谱感知模块对应的优先级指数大于预设优先级指数筛选阈值时，则选择该频谱感知模块参与协作检测，并将该频谱感知模块置入协作频谱感知模块集合中；否则，频谱感知融合模块拒绝该频谱感知模块参与协作检测；其中，置入到协作频谱感知模块集合中的协作频谱感知模块的总数目为N₁，0≤N₁≤N；步骤5‑6，根据协作频谱感知模块集合中各协作频谱感知模块对应的归一化可信指数、归一化速度影响因子以及各协作频谱感知模块的检测结果，由频谱感知融合模块对所有协作频谱感知模块的检测结果融合，以得到所有协作频谱感知模块针对授权频段j的最终协作检测概率以及针对授权频段j的最终协作虚警概率；其中：$Q_d(C_l,j)=1-\underset{k=1}{\overset{N_1}{\Pi }}[1-(\overline{{\omega }_k}·\overline{{\kappa }_k}·p_d({\mathrm{CR}}_k,j)];$$Q_f(C_l,j)=1-\underset{k=1}{\overset{N_1}{\Pi }}(1-\overline{{\omega }_k}·\overline{{\kappa }_k}·p_f({\mathrm{CR}}_k,j\left)\right);$其中，Q_d(C_l,j)表示所有协作频谱感知模块针对授权频段j的最终协作检测概率，Q_f(C_l,j)表示所有协作频谱感知模块针对授权频段j的最终协作虚警概率；p_d(CR_k,j)表示协作频谱感知模块集合中第k个协作频谱感知模块CR_k对授权频段j的检测概率，p_f(CR_k,j)表示协作频谱感知模块集合中第k个协作频谱感知模块CR_k对授权频段j的虚警概率，表示协作频谱感知模块CR_k对应的归一化可信指数，表示协作频谱感知模块CR_k对应的归一化速度影响因子；步骤5‑7，物流车辆上的频谱感知融合模块以及N个频谱感知模块再次按照步骤5‑1至步骤5‑6的方法，实现对其他剩余M‑1个授权频段的侦测并得到针对各授权频段的最终协作检测概率和最终协作虚警概率，从而实现物流车辆掌握每个授权频段当前处于空闲状态还是占用状态；步骤6，物流车辆上的频谱感知融合模块将针对各授权频段的侦测结果发送给物流车辆上的控制模块，控制模块根据各授权频段的侦测结果选择处于空闲状态的空闲频段，并命令通信模块切换到所选择的空闲频段上工作，以建立物流车辆与物流管理平台之间的大数据顺畅通信连接；步骤7，物流管理平台获取物流车辆上通信模块通过所选空闲频段发送来的实时位置信息以及实时视频监控信息，从而实现物流管理平台根据需要远程实时监测物流信息。