[發明專利]一種提高無線傳感器網絡通信質量的方法

無效

• 申請號: 201110430640.2
• 申請日: 2011-12-20
• 公開（公告）號: CN102497641A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 陳滌;辛玲;李耀偉
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H04W16/18
• 分類號: H04W16/18;H04W24/02;H04W84/18
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 王緒銀

技術領域

本發明涉及一種提高無線傳感器網絡通信質量的方法，屬于無線傳感器網絡技術領域。

背景技術

短距離低功耗的無線傳感器網絡的鏈路往往采用理想的通斷模型，即簡單的假設當節點間的距離小于通信半徑時，數據包接收率(PRR)＝100％(以下簡稱PRR)，大于通信半徑時，PRR＝0。未考慮實際的鏈路質量問題。PRR(packet?reception?rate)為單位時間內接收器成功收到的數據包個數占發送器已發送包個數的比例。這種假設在實際應用中會對算法的性能造成很大的影響，無線信道的自由衰落、陰影衰落等造成通信過程中發生丟包，造成鏈路不可靠。真實的無線傳輸區域中存在連接區，過渡區和非連接區，圖1給出了在定義鏈路位于連接區內PRR＞90％；過渡區內10％≤PRR≤90％；非連接區內PRR＜10％時發射功率為0dbm時連接區、過渡區的范圍和在過渡區PRR的變化情況。由圖1可知，過渡區存在非常高的不可靠鏈路。

PRR是最能明確、直觀反映鏈路質量的指標，但獲得PRR需要發送足夠大數量的探測包，會引發能量消耗、信道阻塞、延時等一系列的問題。接收信號強度指示RSSI(receive?signal?strength?indication)和鏈路質量指示LQI(link?quality?indication)是衡量鏈路質量的另外兩個指標，并且可以由無線射頻芯片直接獲得。以CC2430為例，CC2430有一個內置的接收信號強度指示RSSI，其數字值為8位有符號的二進制補碼，可以從寄存器RSSIL.RSSI_VAL讀出。RSSI是真實的接收信號強度與最優接收功率等級間的差值。鏈路質量指示LQI計量的就是所接收到的包的強度和/或質量。對于每個輸入的包，CC2430提供了一個平均相關值Corr，LQI＝(Corr-a)·b式中：a和b限制為0～255，是基于包差錯率(PER)測量的經驗值，來作為一個相關值功能。LQI表征接收數據幀的能量與質量，其大小基于信號強度以及檢測到的信噪比(SNR)，由MAC(media?access?control)層計算得到并提供給上一層，一般與正確接收到數據幀的概率有關。RSSI值和LQI值在ZigBee收發模塊每接收一個數據幀時都可以得到，及時反映信號強度的變化和受到的干擾的變化。LQI的取值范圍是0-255，大于RSSI的取值范圍，且精度較高。考慮到LQI均值與PRR有很好的相關性，所以選用LQI作為衡量鏈路質量的指標。目前，并不是所有的無線射頻芯片都能提供LQI值，Mica2之前的通信芯片只能提供RSSI值，而Chipcon公司后續產品如MicaZ，Telos等產品均既可以提供RSSI值，又可以提供LQI值.

在網絡初始化時，節點通常利用802.15.4協議定期發送廣播“Hello”消息，并計算該節點與鄰居節點之間的正向及反向幀的LQI均值評估鏈路質量。LQI均值是指對獲得的多個LQI值取平均。LQI均值的計算如下式：

LQIi-j=1mΣi=1mLQIi]]>

其中LQI_i-j表示節點i到節點j鏈路的LQI均值。網絡中節點i和節點j分別計算出LQI_i-j和LQI_j-i。LQI_i-j≠LQI_j-i，鏈路LQI均值不具有對稱性。

LQI均值通常在50到110之間，在發射功率為0dbm時，PRR為10％時，LQI均值大約為65，PRR為90％時，LQI均值大約為90.考慮簇成員j與簇頭i之間的鏈路j-＞i，若則該鏈路位于非連接區；則該鏈路位于過渡區；若則該鏈路位于連接區。若簇成員選擇兩節點鏈路質量的節點作為下一跳節點，則節點之間的通信為可靠通信。