[發明專利]通過少量數據包估計無線傳感網絡鏈路質量的方法

有效

• 申請號: 201410584342.2
• 申請日: 2014-10-27
• 公開（公告）號: CN104320805B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 魯琛
• 申請（專利權）人: 浙江科技學院
• 主分類號: H04W24/06
• 分類號: H04W24/06;H04W84/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 林松海

技術領域

本發明涉及一種根據少量數據包的信噪比、鏈路質量指數和包接收率估計無線傳感網絡鏈路質量的方法，屬于無線傳感網絡技術領域。

背景技術

真實環境下，受自由衰落、多徑衰落和陰影衰落等因素的影響，無線傳感網絡的數據包接收率會有差異，一般根據鏈路質量分為穩定連接型(數據包接收率≥90％)、過渡型(10％≤數據包接收率≤90％)和低接收率型(接收率固定較低)，大量的節點的鏈路質量屬于過渡型，其數據包接收率(以下簡稱PRR)在10％‐90％之間動態變化。

PRR能最直接反應鏈路質量，獲得PRR需要對大量數據包的收發情況進行統計，但是收發大量數據包會引發能量消耗和通信延遲等一系列的問題。

信噪比(以下簡稱SNR)和鏈路質量指數(以下簡稱LQI)是衡量鏈路質量的另外兩個指標，SNR可由無線射頻芯片中獲得的參數通過一定計算得到，LQI可由無線射頻芯片直接獲得。以CC2420為例，該芯片有一個內置的接收信號強度指示寄存器RSSI_VAL，讀取該值再減去45dB即可得到接收信號功率，空閑(沒有接收數據包)時的接收信號功率就是噪聲功率，正在接收數據包時的接收信號功率減去噪聲功率可得SNR。SNR和PRR之間有單調增加的對應關系，鏈路質量指數(LQI)指示接收到的數據包的差錯率，CC2420芯片提供了一個平均相關值Corr，LQI可由(Corr‐a)·b計算得到(a和b是常數，在0‐255之間)，通常，計算得到的LQI在50‐110之間，LQI的均值和PRR之間的單調遞增關系較好。

目前，已有的采用SNR和LQI估計鏈路質量有如下缺點：采用單一的SNR估計鏈路質量，SNR在3.4‐7.3dB之間變化，即可導致PRR在10％‐90％之間劇烈變化，因此，僅采用信噪比這一參數估計鏈路質量存在鏈路質量的“分辨率”過低(SNR很小的變化就會導致PRR劇烈變化)、難以區分PRR不同的過渡型鏈路的問題；由于CC2420只記錄接收到的數據包的接收信號強度和LQI，因此，采用SNR、LQI或者兩者的均值估計鏈路質量時，記錄的SNR和LQI比實際鏈路偏高，從而導致SNR‐PRR曲線和LQI‐PRR曲線有偏差。

發明內容

針對現有的采用PRR、SNR或LQI估計鏈路質量存在的不足，本發明提出一種將PRR、SNR和PRR融合，僅通過少量數據包就可進行鏈路質量估計的方法。

一種通過少量數據包估計無線傳感網絡鏈路質量的方法，步驟包括：接收數據包SNR、LQI和PRR的統計、回歸參數計算和模型選擇、鏈路質量估計和修改估計鏈路質量表達式；

步驟1)：接收數據包SNR、LQI和PRR的統計，

發射機和接收機的位置固定后，發射機發送StartNum個StartTransmitMsg消息，消息的時間間隔為t₁，StartNum≥100，StartTransmitMsg消息中包含消息序列號；接著，發射機無時間空隙地發送m*w個長度為Length的數據包，m、w分別為10‐20的自然數，Length為20‐30bytes，數據包的時間間隔為t₂，每m個數據包記為一批，接收機接收到第一個StartTransmitMsg消息后，對于第1批數據包，根據接收到的StartTransmitMsg消息的時間和序列號分別計算發射機發送的第一批數據包中第1個、第m個數據包的時間點，在第1個時間點之前將SNR_total和LQI_total置為0，在第1個和第2個時間點之間接收發射機發送的數據包，計算每個包的信噪比的方法如下：接收機以60ms為周期定時采樣信道空閑時的接收信號功率，作為一次噪聲基底的樣本值并更新噪聲基底表中的條目，每8次采樣后由8個條目的平均值計算此時的噪聲基底，接收到的數據包的信噪比由該數據包的接收信號功率減去噪聲基底得到；把接收到的數據包的SNR和LQI的值累加，統計接收到數據包的數目m’，在第2個時間點將SNR和LQI的累加值分別記為SNR_total和LQI_total，按下述公式計算第一批數據包的平均信噪比SNR_Avg1、第一批數據包的平均鏈路質量指數LQI_Avg1和第一批數據包的數據包接收率PRR₁: