[发明专利]基于频谱监测数据的通信网络拓扑发现方法

权利要求书

1.一种基于频谱监测数据的通信网络拓扑发现方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对采集到的电磁频谱数据进行预处理得到信号的基本物理特征；

S2、结合聚类分析和电磁分析，发现通信信号的统计规律，判断通联关系，获得通信网络逻辑拓扑结构；

S3、根据通联关系配对情况，将属于同一信号源的通信数据进行归类，再结合遗传算法和fminsearch函数获得信号源的位置坐标；

S4、结合通信网络逻辑拓扑和通信节点定位情况，获得其物理拓扑结构。

2.如权利要求1所述的基于频谱监测数据的通信网络拓扑发现方法，其特征在于，步骤S1中，处理后获得的信号的基本物理特征包括：信号中心频率f，信号带宽B，信号电平dbm，信号起始时间t₁和信号结束时间t₂；编号为i的监测站获得的频谱数据集为X_i，n_i为第i个监测站接收到频谱数据的数量，x_k表示第k个频谱，用信号的特征参数表示为x_k＝{f_k,B_k,dbm_k,t_1,k,t_2,k}。

3.如权利要求1所述的基于频谱监测数据的通信网络拓扑发现方法，其特征在于，实现所述步骤S2的方法为：

2.1定频通信通联关系分析

将信号载波频率保持不变的频谱数据归为一类，根据信号带宽和功率是否相近排除其中频率与定频信号接近的跳频信号，再根据频率的不同分成不同组通联关系；最后根据接收功率不同，得出产生定频通联关系的收发方，从而将属于同一通信设备的信号数据归到一类中；

2.2跳频通信通联关系分析

遍历全部信号X＝{x₁,x₂,…,x_p,…,x_q,…}，找出与信号x_p中心频率相等且时间最近的信号x_q，p＜q，其中x_p＝{f_p,B_p,dbm_p,t_1,p,t_2,p}，x_q＝{f_q,B_q,dbm_q,t_1,q,t_2,q}，跳频周期T为信号x_q的开始时间t_1,p与信号x_p的结束时间t_2,q之差，

T＝t_2,q-t_1,p 公式1

原始跳频信号数据集记为X＝{x₁,x₂,...,x_i,...,x_n}，其中x_i＝{f_i,B_i,dbm_i,t_1,i,t_2,i}，按照公式1处理后的跳频信号数据集为Y＝{y₁,y₂,...,y_i,...,y_n}，y_i＝{f_i,B_i,dbm_i,t_1,i,t_2,i,T_i}，i＝1,2,...,n；对数据集Y中所需的特征参数按照公式2进行归一化处理得到数据集Z，Z＝{z₁,z₂,...,z_i,...,z_n}；

由DBSCAN聚类分析获得的簇即跳频子集为{H₁,H₂,...,H_j,...,H_k}，其中H_j＝{x_j1,x_j2,....x_jr,...}，x_jr＝{f_jr,B_jr,dbm_jr,t_1,jr,t_2,jr}，表示属于同一信号源的数据。在每一个跳频子集中，将最后一个信号的结束时间与第一个信号的起始时间之差作为跳频通信持续时间；对每一组跳频数据子集H_j，按照公式3分别计算跳频通信持续时间t_j

t_j＝max(t_2,j)-min(t_1,j) 公式3

将通信时长基本一致的两个跳频子集记为一类，对信号收发双方进行配对，获得跳频通信通联关系，更新的跳频子集记为{H₁,H₂,…,H_k/2}。