專利名稱：基于cci感知丟包下的無線傳感器網絡鏈路質量評估方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無線傳感器網絡鏈路質量評估方法，尤其涉及一種基于CCI感知
丟包下的無線傳感器網絡鏈路質量評估方法。
背景技術：
無線傳感器網絡是一種全分布式系統(tǒng)，眾多的傳感器節(jié)點隨機部署于監(jiān)控區(qū)域， 傳感器節(jié)點間以無線自組織方式構成網絡，其間的相互通信使用的是低功率的無線射頻信 號即電磁波。無線電波的各種特性例如波的反射，衍射，以及由于反射所引起的多徑效應 等，加上其傳輸所處的環(huán)境十分復雜多變以及干擾信號的存在，使得節(jié)點間的通信質量受 到嚴重的影響和制約，從而導致節(jié)點間的鏈路具有隨機性和不穩(wěn)定性。為了保證網絡高效 穩(wěn)定的運行，減少這種由鏈路的各種因素造成的影響以及提高網絡通信的整體性能，這就 使得對鏈路質量進行評估就成為了必須。 然而目前常規(guī)基于PRR的鏈路質量評估機制，其不足之處在于其反應不夠迅速且 其需要大量的探測包作為前提，這樣就導致了不必要的能量消耗。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于CCI感知丟包下的無線傳感器網絡鏈路質量評 估方法，該方法能夠用較少的探測包得到一個較為準確的鏈路評估值，并且同時還可以降 低這種由于鏈路評估期間發(fā)送大量探測包而導致過多不必要能量消耗的鏈路評估機制。
本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的，其特征是方法步驟為首先從數(shù)據(jù)的收發(fā)過程以及影響 鏈路質量的本質因素出發(fā)，對無線鏈路的感知丟包原因進行研究和分析；對鏈路在感知丟 包下的CCI和SER的關系進行研究和建模；給出一個感知丟包下SER與PRR的關系轉換式； 構建了一個感知丟包下的CCI與PRR的關系映射模型；針對評估期間CCI波動范圍較大的 特點，引入了卡爾曼濾波器對其進行去噪處理。 所述對無線鏈路的感知丟包原因進行研究和分析，具體的研究和分析包括如下步 驟 (1)對CC2420無線收發(fā)芯片的數(shù)據(jù)接收過程進行了詳細的分析； (2)對數(shù)據(jù)在傳輸過程中導致數(shù)據(jù)出錯的因素，進行分析和總結，并給出了 一個數(shù)
據(jù)幀傳輸出錯的原因鏈。 所述對鏈路在感知丟包下的CCI和SER的關系進行研究和建模，具體的研究和分 析包括如下步驟 (1)首先在通過大量的實驗的基礎上，得到了一個CCI與SER的關系分布圖；
(2)通過對關系分布圖分析，引入最小二乘法對CCI與SER的關系分析進行一個曲 線擬合的過程，最終得到CCI與SER的關系模型。
最終得到的關系模型如下
圖2為本發(fā)明CCI與SER的關系模型圖。
圖3為本發(fā)明卡爾曼濾波效果圖。
具體實施例方式本發(fā)明的基于CCI感知丟包下的無線傳感器網絡鏈路質量評估機制，步驟如下
4
對無線收發(fā)芯片進行研究，并從無線收發(fā)芯片的數(shù)據(jù)收發(fā)過程以及影響鏈路質量
的本質因素出發(fā)，對無線傳感器網絡當中鏈路的感知丟包原因進行一個深入的分析和研
究，并給出了一個無線傳感網絡當中數(shù)據(jù)幀傳輸出錯的原因鏈，如

圖1所示。 在上述分析的基礎上，得出影響鏈路感知丟包率的主要因數(shù)就是碼片出錯率，而
根據(jù)對CC2420無線收發(fā)芯片的分析得出CCI在一定程度上可以反映出當前鏈路的碼片出錯率。 在步驟 一 的基礎上，對無線傳感器網絡鏈路當中的CCI (Chip Correlationlndicator)和PRR(Packet Receive Rate)的關系進行模型的構建，其中主要 分為了三個步驟 1)無線傳感器網絡當中鏈路感知丟包下的CCI(Chip Correlation Indicator)和 SER(Symbol Error Rate)的關系進行研究和模型的構建。
具體構建方法如下 在通過大量的實驗的基礎上，同時結合基于最小二乘法的曲線擬合技術得出了一 個感知丟包下的CCI (Chip Correlation Indicator)禾口 SER (Symbol ErrorRate)的關系牛莫 型。其間的關系分布如圖2所示，具體模型關系為
fo CC/>=100 —^31.182023 x e(-o.薩5xcci)CC/ < 100 (" 2)給出了一個無線傳感器網絡當中感知丟包下SER與PRR(PacketReceive Rate) 的關系轉換式。 通過對數(shù)據(jù)幀的組成結構以及收發(fā)原理進行分析，推斷出了 SER與PRR關系轉換 式，其轉換式子如下 PRR = (1-SER)2L (2) 其中L表示的是實際傳輸中數(shù)據(jù)幀的長度即幀長度域和MAC幀數(shù)據(jù)域的長度總和為L。 3)在上述分析的基礎上，通過將式(1)和式(2)相結合便可得出感知丟包下的
CCI與PRR的關系模型。 最終得到的關系模型為
'1 CC7〉=100 (1-331.182023 xe(-0 147655 xCCI))2￡ CC/<100 (3) 考慮到鏈路評估過程中CCI變化較大不穩(wěn)的特點，將實際的評估過程中引入卡爾 曼濾波器對實際獲取的CCI進行一個降噪濾波處理，該濾波模型兼顧考慮到了均值和方 差，同時將過程中的變化考慮進來，并采用迭代的方法來減小過程中的均方差。此外該模型 是一個時間的遞推過程，在求解時不需存儲大量的數(shù)據(jù)，并且一旦觀測到新數(shù)據(jù)就可以隨 時給出新的濾波值，實時性較好。其中卡爾曼的濾波模型工作周期分為以下兩步
1)時間更新
尸朋=
<formula>formula see original document page 6</formula> 2)觀測更新
<formula>formula see original document page 6</formula>
<formula>formula see original document page 6</formula> 其中義Z和&分別為CCI的先驗和后驗估計值，Pk—和Pk分別為先驗和后驗的估計
誤差的方差，Kk表示的是卡爾曼增益，其中濾波后的效果對比圖，如圖3所示。 步驟四、在鏈路評估的實際過程中，將去噪處理后的CCI帶入到一個步驟二得到
的CCI與PRR的關系模型中，從而得出了鏈路當前的PRR。
權利要求
一種基于CCI感知丟包下的無線傳感器網絡鏈路質量評估方法，首先從數(shù)據(jù)的收發(fā)過程以及影響鏈路質量的本質因素出發(fā)，對無線鏈路的感知丟包原因進行研究和分析；對鏈路在感知丟包下的CCI和SER的關系進行研究和建模；給出一個感知丟包下SER與PRR的關系轉換式；構建了一個感知丟包下的CCI與PRR的關系映射模型；針對評估期間CCI波動范圍較大的特點，引入了卡爾曼濾波器對其進行去噪處理。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于CCI感知丟包下的無線傳感器網絡鏈路質量評估方 法，其特征是，對無線鏈路的感知丟包原因進行研究和分析，具體的研究和分析包括如下步 驟(1) 對CC2420無線收發(fā)芯片的數(shù)據(jù)接收過程進行了詳細的分析；(2) 對數(shù)據(jù)在傳輸過程中導致數(shù)據(jù)出錯的因素，進行分析和總結，并給出了一個數(shù)據(jù)幀 傳輸出錯的原因鏈。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于CCI感知丟包下的無線傳感器網絡鏈路質量評估方 法，其特征是，對鏈路在感知丟包下的CCI和SER的關系進行研究和建模，具體的研究和分 析包括如下步驟(1) 首先在通過大量的實驗的基礎上，得到了一個CCI與SER的關系分布圖；(2) 通過對關系分布圖分析，引入最小二乘法對CCI與SER的關系分析進行一個曲線擬 合的過程，最終得到CCI與SER的關系模型；最終得到的關系模型如下「0 CC/>=100[331 182023 x e(-0 147655><cci)CC/ < 100 °
4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于CCI感知丟包下的無線傳感器網絡鏈路質量評估方 法，其特征是，給出一個感知丟包下SER與PRR的關系轉換式，具體的步驟如下(1) 首先對數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收原理進行分析；(2) 對數(shù)據(jù)幀的組成結構進行分析；(3) 在上述步驟的基礎上，理論推導得出一個SER與PRR的關系轉換式子，關系轉換式如下PRR = (1-SER)
全文摘要
一種基于CCI感知丟包下的無線傳感器網絡鏈路質量評估方法，具體內容包括首先從數(shù)據(jù)的收發(fā)過程以及影響鏈路質量的本質因素出發(fā)，對無線鏈路的感知丟包進行研究和分析；對鏈路在感知丟包下的CCI和SER的關系進行研究和建模；給出一個感知丟包下SER與PRR的關系轉換式；構建了一個感知丟包下的CCI與PRR的關系映射模型；針對評估期間CCI波動范圍較大的特點，引入了卡爾曼濾波器對其進行去噪處理。本發(fā)明能夠達到用較少的探測包得到一個較為準確的鏈路評估值的特點，并且還具有降低由于鏈路評估期間發(fā)送大量探測包而導致過多不必要能量消耗的優(yōu)點。
文檔編號H04L1/00GK101778417SQ20101011984
公開日2010年7月14日 申請日期2010年3月8日 優(yōu)先權日2010年3月8日
發(fā)明者劉琳嵐, 舒堅 申請人:南昌航空大學