[發明專利]一種同構無線干擾的主被動測量方法

有效

• 申請號: 201510031533.0
• 申請日: 2015-01-22
• 公開（公告）號: CN104581769B
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 任豐原;侯蒙
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04W24/00
• 分類號: H04W24/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 李相雨

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡技術領域，尤其涉及一種同構無線干擾的主被動測量方法。

背景技術

無線傳感器網絡技術的應用日益廣泛，節點的部署更加密集，已在諸多領域產生了重要影響。負責不同應用業務的多個WSN或獨立子網絡可能會部署在同一環境中，彼此交錯存在。當無線傳感器網絡的節點在同一區域內形成密集共存的生態時，距離相近且工作于相同或相鄰信道的不同節點間會形成同頻交叉干擾。這種干擾是動態的，非持久的，取決于應用產生的時間以及流量的多少。這種干擾會對網絡的通信可靠性與實時性產生影響，表現為通信吞吐量降低、重傳時延增加、節點能耗增加、系統可靠性變差，甚至發生路由中斷以至于系統癱瘓，如圖1所示。因而，如何在這種情況下正確測量這種干擾，并在此基礎上保證通信的可靠性是無法回避的一個重要問題。然而無線鏈路干擾固有的動態變化性和不可預測性使得實時、準確的干擾測量仍然面臨巨大挑戰，尤其是在復雜的多路徑路由和多網絡共存環境下。如何實時感知無線鏈路的狀態變化，準確、穩定的測量鏈路干擾情況，合理的控制計算開銷，對無線傳感器網絡顯得尤為重要。

合理的權衡準確度和復雜度一直是干擾測量技術上的難點。對同構干擾問題的認識是從能耗、擁塞等側面認知的角度開始的，但是人們逐漸發現這種將能耗或擁塞等同于干擾的做法并不準確和全面。于是，學術界開始了對干擾模型的研究，其中比較有代表性的就是PRR—SINR模型，但是這些基于干擾模型的測量方法，大多依賴于人為加入的大量測量控制包，對于能量和帶寬受限的無線傳感器網絡，這樣的測量開銷是非常嚴重的。

目前，對于同構干擾測量方法的研究，主要分為基于硬件和基于軟件兩大類。由于WSN的低功耗設計，基于硬件的干擾測量技術很難通過信號強度的區分來準確判斷同構干擾的存在，也就難以從信號、信道和功率的角度對其強度進行計算，然而這種技術對干擾測量的準確度較高，是未來一種可能的研究方向，但在目前階段，其技術和成本復雜度讓人難以承受?；谲浖母蓴_測量技術需要引入探測控制包，面臨著合理控制開銷的問題。此外，大多數該類方法采用固定長度的窗口進行干擾測量，時間資源分配不夠合理。如果統計周期太短，會大大增加估計開銷，同時頻繁的鏈路狀態更新會導致其它網絡問題，如頻繁的路由更新，路由震蕩或路由環等。如果統計周期太長，又不能實時反應鏈路的當前狀態，不能有效感知短時間內干擾情況的持續變化。然而這種技術靈活性與適應性較強，技術成本也較低。

進一步地，隨著無線傳感器網絡技術的普及和拓展，節點部署更加密集，應用需求更為廣泛。甚至在同一環境中，負責不同應用業務的多個WSN或獨立子網絡也會彼此交錯存在。當這些WSN節點距離相近，且工作于相同或相鄰信道時，就會形成節點間的交叉干擾。由于目前大多數WSN系統都支持IEEE802.15.4協議，使得該協議已經成為這一領域事實上的技術標準，因此，WSN節點間的交叉干擾基本上都屬于同構干擾的范疇。如何對同構干擾進行測量，以及在此基礎上保證WSN的通信可靠性是無法回避的重要問題。在同構干擾測量的研究中，合理的權衡準確度和復雜度一直是技術上的難點，無論是早期的側面認知和簡單模型，還是當前的基于軟硬件的干擾測量技術都沒有能夠很好的解決。本發明將被動感知與主動測量技術相結合，采用長周期被動偵聽鏈路LQI均值，當低于某一閾值時，觸發短周期主動測量過程，周期性的發送控制分組，最后使用基于誤差的濾波器(Error-Based Filter，EF)估計鏈路在未來一段時間內的質量，并可以用來進一步設計同構干擾規避策略。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是如何提供一種適用于無線傳感器網絡的同構無線干擾測量機制，從而有效提高無線傳感器網絡在同構無線干擾下的生存能力。

為此目的，本發明提出了一種同構無線干擾的主被動測量方法，包括具體以下步驟：

S1：初始化設定參數，啟動多個定時器，執行步驟S2；

S2：干擾被動感知定時器開始計時，執行步驟S3，若計時周期大于評估周期，執行步驟S4，否則返回步驟S2；

S3：實時測量LQI瞬時值和采樣數目；

S4：計算鏈路LQI均值，若低于干擾閾值，執行步驟S5，否則返回步驟S2；

S5：干擾主動測量定時器開始計時，執行步驟S6，若計時周期大于評估周期，執行步驟S8，否則返回步驟S5；

S6：發送控制分組，探測節點間干擾強度，執行步驟S7；

S7：接收鄰居節點發送的回應分組；

S8：計算并記錄當前的實時干擾接收比率IRR，執行步驟S9；