物聯(lián)網(wǎng)超高頻速率自適應(yīng)技術(shù)指南

1物聯(lián)網(wǎng)超高頻速率自適應(yīng)技術(shù)指南本文件給出了物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下速率自適應(yīng)技術(shù)的流程和構(gòu)建速率映射關(guān)系、激活自適應(yīng)觸發(fā)器、預(yù)測有效節(jié)點速率、選擇系統(tǒng)最優(yōu)速率的技術(shù)指南。本文件適用于物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下超高頻反向散射通信類設(shè)備的速率自適應(yīng)技術(shù)。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T29261.3-2012信息技術(shù)自動識別和數(shù)據(jù)采集技術(shù)詞匯第3部分：射頻識別3術(shù)語和定義GB/T29261.3-2012界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1反向散射通信反向散射標簽調(diào)制相同載波頻率的響應(yīng)信號來響應(yīng)讀寫器信號或電磁場的信息傳輸過程。3.2反向散射標簽用于物體、物品標識或感知信息的獲取，具有信息存儲功能、能接收讀寫器的電磁場調(diào)制信號，并返回響應(yīng)信號的數(shù)據(jù)載體。[GB/T29261.3-2012，定義05.04.01，有修改]3.3讀寫器一種用于從反向散射標簽獲取數(shù)據(jù)和向反向散射標簽寫入數(shù)據(jù)的電子設(shè)備。3.4下行鏈路從讀寫器到反向散射標簽的通信信道。3.5上行鏈路從反向散射標簽到讀寫器的通信信道。3.6有效節(jié)點狀態(tài)改變（周圍產(chǎn)生干擾或反向散射標簽發(fā)生移動）的反向散射標簽。3.7丟包率數(shù)據(jù)傳輸過程中丟失的數(shù)據(jù)包數(shù)量與發(fā)送的數(shù)據(jù)包總數(shù)之間的比率。23.8反向散射相位讀寫器接收到反向散射標簽信號時，該信號在其周期內(nèi)的位置。3.9隨機森林利用多個決策樹對樣本進行訓(xùn)練并預(yù)測的一種分類器，主要用于速率自適應(yīng)的模式預(yù)測和分類。3.10聚類算法將讀寫器接收到的信號根據(jù)特征相似性進行分組的方法，用于信道狀態(tài)評估。3.11觸發(fā)器特定事件發(fā)生時自動執(zhí)行單節(jié)點速率優(yōu)化流程的機制，用于減少速率自適應(yīng)技術(shù)的算法復(fù)雜度。3.12同相與正交域信號處理和通信中使用的一個復(fù)數(shù)平面。3.13接收信號強度指示無線電信號強度的指標，用于表示讀寫器接收到的反向散射標簽響應(yīng)信號的強弱。4符號和縮略語下列符號和縮略語適用于本文件。IQ域：同相與正交域（In-phaseandQuadratureDomain）RSSI：接收信號強度指示（ReceivedSignalStrengthIndication）CGD：簇聚集度（ClusterGroupingDegree）5速率自適應(yīng)技術(shù)流程超高頻反向散射通信過程中的速率自適應(yīng)技術(shù)流程主要包括構(gòu)建速率映射關(guān)系、激活自適應(yīng)觸發(fā)器、預(yù)測有效節(jié)點速率、選擇系統(tǒng)最優(yōu)速率4個階段，具體流程如圖1所示。圖1速率自適應(yīng)技術(shù)流程36構(gòu)建速率映射關(guān)系將超高頻反向散射通信系統(tǒng)部署在目標環(huán)境，使用如下步驟進行速率映射：1）使用控制變量法對常見的環(huán)境干擾如標簽移動、行人走動、金屬遮擋、同頻信號干擾等因素進行模擬，改變上行鏈路速率，記錄不同速率模式下的系統(tǒng)接收到丟包率和RSSI下，構(gòu)建實驗數(shù)據(jù)集；2）確定不同丟包率和RSSI下的最優(yōu)速率模式，以5種速率模式為例構(gòu)建如圖2所示的速率映射關(guān)系。圖2速率映射關(guān)系7激活自適應(yīng)觸發(fā)器使用下述步驟判定是否激活自適應(yīng)觸發(fā)器：1）將連續(xù)讀寫器接收到的n個信號其轉(zhuǎn)化為IQ域數(shù)據(jù)，使用聚類算法將IQ域數(shù)據(jù)分為L個簇，確定其中一個簇的中心點為M；2）在IQ域上找出同一個簇中距離M點最遠的點N，設(shè)其距離為d，形成以M為中心、以d為半徑的圓；3）設(shè)置分級數(shù)D（一般取3，可依據(jù)環(huán)境惡劣程度進行調(diào)整），以D=3為，以M為圓心、以r1、r2、r3為半徑畫圓，如圖3所示。其中，r3=d，r1=r2?r1=r3?r2；4）使用式（1）計算CGD式中：xi=Ni?Ni?1maxNi，在IQ域中半徑為ri的圓內(nèi)包含的數(shù)據(jù)點個數(shù)為Nii=1,2,?,D，N0=0，D為分級數(shù)；---------------5）重復(fù)上述步驟計算所有簇的CGD值，計算其均值為CGD。若CGD≤0.7或CGD≥0.85，則激活自---------------48預(yù)測有效節(jié)點速率θn，計算其均值μn和方差σn，并依據(jù)大數(shù)定理構(gòu)建高斯模型n(μn,σn)；2）記該反向散射標簽第n+1個相位值為θn+1，若θn+1?μn>ξ即時，則該反向散射標簽為有效節(jié)點。其中ξ是用戶定義的參數(shù)，來描述相位與模型的匹配程度；3）讀寫器每次接收到新的相位值θn+1，都需要對高斯模型進行更新，其更新公式如式（2）式中：α為學(xué)習(xí)速率，當節(jié)點有效時α的最佳值是0.002，否則其值為0.001，μn+1和方差σn+1分別是更新后高斯模型的參數(shù)，更新后的高斯模型為n(μn+1,σn+1)；4）實時接收每個有效節(jié)點的RSSI和丟包率，為每個節(jié)點設(shè)計一個隨機森林決策樹作為子分類器；5）將當前信道指標輸入決策樹，使用圖2中的映射關(guān)系預(yù)測出適合下個周期傳輸?shù)淖顑?yōu)速率模式；6）將當前指標加入到下一次預(yù)測的隨機森林訓(xùn)練集中，以保證隨機森林訓(xùn)練模型的及時性。9選擇系統(tǒng)最優(yōu)速率對于存在me個有效節(jié)點的系統(tǒng)，隨機森林預(yù)測出的最優(yōu)速率并不完全相同。當預(yù)測的各個節(jié)點最優(yōu)速率不一致時，使用如下步驟選擇速率模式，以最大化系統(tǒng)的整體速率：1）將速率模式按照Mode0、Mode1、Mode2、Mode3、Mode4進行排序，按照式（3）計算第i種