[發明專利]一種高自由度水下傳感器網絡中無線鏈路質量預測方法

有效

• 申請號: 201810770848.0
• 申請日: 2018-07-13
• 公開（公告）號: CN108684052B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 王力立;尹欣杰;張新宇;黃成
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W24/06;H04B17/373;H04B17/391;H04W84/18
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

1.一種高自由度水下傳感器網絡中無線鏈路質量預測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、建立水下傳感器網絡的加權圖序列模型，并設置鏈路質量、路徑質量的衡量指標；

步驟2、通過時間序列模型擬合方法，實現傳感器節點與錨節點間鏈路質量預測；

步驟3、分析鏈路質量預測結果，進行差錯控制與模型優化；

步驟1中所述的建立水下傳感器網絡的加權圖序列模型，具體為：

設定水下傳感器網絡的加權圖序列模型為與其對應的不同時隙的鏈路質量鄰接矩陣為(M₁,…,M_T)；

其中，加權圖表示該網絡在時隙t的拓撲快照，SN,AN和o分別表示傳感器節點集合、錨節點集合以及海面上的Sink，邊集E為包含所有有向鏈路的集合，權重集W為包含在該時隙內所有鏈路的鏈路質量集合；

步驟1中所述鏈路質量，定義為：

給定網絡中一對通信鄰居節點源節點s和目的節點d，源節點s和目的節點d在時隙t間的鏈路l(s,d)的鏈路質量θ(l(s,d))，用該鏈路在該時隙的分組接收率PRR來衡量；

步驟1中所述路徑質量，定義為：

給定網絡中的一對非通信鄰居節點源節點s’和目的節點d’，源節點s’和目的節點d’在時隙t間的多跳通信路徑質量θ(π(s′,d′))，用該條路徑π(s',d')在該時隙的分組接收率PRR來衡量，即

θ(π(s′,d′))＝Π_{l(i,j)∈π(s′,d′),i≠j}θ(l(i,j))

其中，i、j表示該路徑上的兩個相鄰節點，l(i,j)表示相應的單跳鏈路；

步驟2中所述的時間序列模型擬合方法，具體如下：

首先，對于平穩的時間序列，根據自相關函數ACF和偏相關函數PACF的數值變化趨勢，選取模型進行建模；

自相關函數的表達式為：

式中，n為時間序列{θ_t}觀察值的個數，k為延遲階數，t＝1,2,…,n；為{θ_t}的平均值；

偏相關函數的表達式為以下遞推形式：

其中，j、k為延遲階數；

然后，采用近似極大似然估計方法估計模型參數；

最后，采用SBC準則進行模型定階，SBC定階函數為：

SBC(Ω)＝nlnσ²+2ln(n)Ω

其中，Ω是模型的階數、n是樣本觀察值的個數、σ²是模型殘差序列的方差估計值；

步驟3中所述的差錯控制與模型優化，具體如下：

對于t+l時刻的鏈路質量預測值計算預測誤差e_t+l：

式中，l是預測步長，θ_t+l是t+l時刻的鏈路質量真實值；

當預測誤差的均方差滿足下式時，為有效的鏈路質量預測：

式中，是預測誤差的平均值，υ是指定的預測精度門限值，l是預測步長，i是預測步長變量，e_t+i(s,a)為t+i時刻的鏈路質量預測誤差；

當鏈路質量預測無效時，重復步驟1～步驟2的模型建立過程以及更新預測模型，直至實現有效的鏈路質量預測。