融合信噪比、鏈路質(zhì)量指數(shù)和包接收率的鏈路質(zhì)量估計(jì)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種融合信噪比、鏈路質(zhì)量指數(shù)和包接收率的鏈路質(zhì)量估計(jì)器，屬于無線傳感網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】，采集樹協(xié)議的鏈路質(zhì)量估計(jì)器存在的如下缺點(diǎn)：未考慮包長度對包接收率的巨大影響；需統(tǒng)計(jì)大量數(shù)據(jù)包進(jìn)而估計(jì)鏈路質(zhì)量；能效有待進(jìn)一步提高。本發(fā)明針對這些缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了融合信噪比、鏈路質(zhì)量指數(shù)和包接收率的鏈路質(zhì)量估計(jì)器，其內(nèi)容包含：鏈路質(zhì)量的表達(dá)式的擬合、包的設(shè)計(jì)以及鄰居表中條目的更新。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的鏈路質(zhì)量估計(jì)器具有僅需統(tǒng)計(jì)少量（小于10個）包就可進(jìn)行高分辨率的鏈路質(zhì)量估計(jì)、所有包采用完全相同的長度、鏈路質(zhì)量估計(jì)能跟上鏈路質(zhì)量快速變化以及能效較高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】融合信噪比、鏈路質(zhì)量指數(shù)和包接收率的鏈路質(zhì)量估計(jì)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種融合信噪比、鏈路質(zhì)量指數(shù)和包接收率的鏈路質(zhì)量估計(jì)器，屬于無線傳感網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]由于無線信號發(fā)射和接受功率有限，無線傳感網(wǎng)絡(luò)中必須對鏈路質(zhì)量進(jìn)行估計(jì)，因此鏈路質(zhì)量估計(jì)器是無線傳感網(wǎng)絡(luò)不可缺少的部分，直接影響影響路由選擇準(zhǔn)確與否以及通信協(xié)議的能量效率。
[0003]目前，采集樹協(xié)議(以下簡稱CTP)是國內(nèi)外研究中常用的協(xié)議，在采集樹協(xié)議中，節(jié)點(diǎn)間發(fā)送或接收數(shù)據(jù)包和路由信標(biāo)包，協(xié)議由如下三個部分組成:①路由引擎負(fù)責(zé)發(fā)送路由信標(biāo)、更新路由、防止路由環(huán)路和防止重復(fù)發(fā)送；②轉(zhuǎn)發(fā)及發(fā)送引擎負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的發(fā)送并通過發(fā)送隊(duì)列和發(fā)送緩存來防止重復(fù)發(fā)送；③鏈路質(zhì)量估計(jì)器對數(shù)據(jù)包和路由信標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和解析，從而更新和鄰居節(jié)點(diǎn)之間的雙向期望傳輸次數(shù)(以下簡稱ETX)。
[0004]CTP的鄰居表的每個條目中含有以下4項(xiàng):I l_addr (該項(xiàng)記錄該鄰居節(jié)點(diǎn)地址)、inquality (該項(xiàng)記錄該鄰居節(jié)點(diǎn)到本節(jié)點(diǎn)的鏈路的包接收率歸一化后的值)、outquality (該項(xiàng)記錄本節(jié)點(diǎn)到鄰居節(jié)點(diǎn)的鏈路的包接收率歸一化后的值)、etx(該項(xiàng)記錄本節(jié)點(diǎn)到鄰居節(jié)點(diǎn)鏈路的雙向ETX值)。鏈路質(zhì)量估計(jì)器在以下幾種情況下更新相應(yīng)的鄰居表?xiàng)l目:①節(jié)點(diǎn)在收到鄰居節(jié)點(diǎn)廣播路由信標(biāo)后，記錄接收到的路由信標(biāo)的個數(shù)，并通過接收到的信標(biāo)序列號計(jì)算未收到的信標(biāo)個數(shù)，當(dāng)接收到的路由信標(biāo)個數(shù)增加到一定數(shù)目時，就計(jì)算出路由信標(biāo)接收窗口內(nèi)(窗口設(shè)定為5-10的自然數(shù))的PRR，取倒數(shù)并歸一化，然后與鄰居表?xiàng)l目中記錄的原inquality采用指數(shù)加權(quán)移動平均(以下簡稱EWMA)的方法得到inquality’ ,以此更新鄰居表?xiàng)l目的inquality項(xiàng),根據(jù)該鄰居表?xiàng)l目的inquality和outquality計(jì)算出etx,與鄰居表?xiàng)l目的原etx采用EWMA的方法得到etx’ ,以此更新鄰居表?xiàng)l目的etx項(xiàng)；②節(jié)點(diǎn)接收到鄰居節(jié)點(diǎn)廣播的路由信標(biāo)后，就根據(jù)該路由信標(biāo)中所含的本節(jié)點(diǎn)到該鄰居節(jié)點(diǎn)的單向鏈路的inquality值更新本節(jié)點(diǎn)鄰居表中記錄的該鄰居節(jié)點(diǎn)的outquality項(xiàng)；③節(jié)點(diǎn)每發(fā)送一個數(shù)據(jù)包后，將是否收到目的節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答記錄下來，并通過收到的數(shù)據(jù)包的序列號計(jì)算出未收到的數(shù)據(jù)包的個數(shù)，當(dāng)接收到的數(shù)據(jù)包個數(shù)增加到一定數(shù)目時，就計(jì)算出數(shù)據(jù)包接收窗口內(nèi)(窗口設(shè)定為5-10的自然數(shù))的數(shù)據(jù)包接收率，取倒數(shù)并歸一化，然后與鄰居表?xiàng)l目中記錄的原etx采用EWMA的方法得到etx’，以此更新鄰居表?xiàng)l目的etx項(xiàng)。這樣，采集樹協(xié)議通過對發(fā)送或接收路由信標(biāo)、數(shù)據(jù)包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，就可以完成鏈路質(zhì)量的實(shí)時估計(jì)。
[0005]然而，采集樹協(xié)議的鏈路質(zhì)量估計(jì)器存在如下缺點(diǎn):①采集樹協(xié)議的鏈路質(zhì)量估計(jì)器中，用來統(tǒng)計(jì)接收率(以下簡稱PRR)的數(shù)據(jù)包、路由信標(biāo)或新的應(yīng)答包的長度都是不一樣的，包的接收率受包的長度影響非常大，在其他環(huán)境都相同的情況下，長度大的包的接收率遠(yuǎn)低于長度小的包，因此，CTP的鏈路質(zhì)量估計(jì)器通過統(tǒng)計(jì)路由信標(biāo)包的接收情況進(jìn)而更新衡量數(shù)據(jù)包的鏈路質(zhì)量參數(shù)的方法存在著問題；②采集樹協(xié)議的鏈路質(zhì)量估計(jì)器采用最原始的對數(shù)據(jù)包和路由信標(biāo)包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的方法獲取PRR，進(jìn)而計(jì)算ETX，因此，當(dāng)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)包和路由信標(biāo)包較少時，這一方法存在估計(jì)PRR的精確度過低的缺點(diǎn)(如統(tǒng)計(jì)10個包，則I個包統(tǒng)計(jì)與否對統(tǒng)計(jì)結(jié)果造成10%的誤差)，而當(dāng)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)包和路由信標(biāo)包較多時，這一方法存在估計(jì)PRR的速度過慢(因?yàn)樾枰獙Υ罅康陌M(jìn)行統(tǒng)計(jì))，進(jìn)而導(dǎo)致鏈路質(zhì)量估計(jì)器無法跟蹤鏈路質(zhì)量快速變化的缺點(diǎn)，這是個兩難的問題；③采集樹協(xié)議的鏈路質(zhì)量估計(jì)器由于未考慮影響鏈路的本質(zhì)因素，如鏈路質(zhì)量指數(shù)(以下簡稱LQI)和信噪比(以下簡稱SNR)等，因此其鏈路質(zhì)量估計(jì)的準(zhǔn)確度存疑，這無疑將影響鏈路質(zhì)量估計(jì)器的能效。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服前述的采集樹協(xié)議的鏈路質(zhì)量估計(jì)器存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種融合信噪比、鏈路質(zhì)量指數(shù)和包接收率的鏈路質(zhì)量估計(jì)器，其包含:
[0007]⑴鏈路質(zhì)量的表達(dá)式的擬合:通過進(jìn)行鏈路質(zhì)量現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)擬合估計(jì)鏈路質(zhì)量的表達(dá)式；
[0008]⑵包的設(shè)計(jì):重新設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)發(fā)送或接收3種包，即數(shù)據(jù)包、新的應(yīng)答包和路由信標(biāo)包。設(shè)計(jì)新的應(yīng)答包的格式。讓其“攜帶”目的節(jié)點(diǎn)到應(yīng)答包發(fā)送節(jié)點(diǎn)之間鏈路的信息，這樣，節(jié)點(diǎn)接收到鄰居節(jié)點(diǎn)廣播的路由信標(biāo)或者發(fā)送的應(yīng)答包時，就可根據(jù)該路由信標(biāo)中所含的信息更新自身鄰居表中的相應(yīng)域。為更好地利用⑴中擬合得到的表達(dá)式的結(jié)論，將所有數(shù)據(jù)包、路由信標(biāo)或新的應(yīng)答包的長度固定為35個字節(jié)；
[0009]⑶鄰居表中條目的更新:當(dāng)節(jié)點(diǎn)獲得當(dāng)前接收窗口內(nèi)(窗口設(shè)定為5-10的自然數(shù))數(shù)據(jù)包、路由信標(biāo)或新的應(yīng)答包的接收個數(shù)、發(fā)射機(jī)發(fā)送的包的個數(shù)和接收到的包的SNR、LQI信息時，就可以將這些信息帶入⑴中擬合的估計(jì)鏈路質(zhì)量的表達(dá)式，從而預(yù)測將來一段時間內(nèi)相應(yīng)鏈路的PRR，進(jìn)而可對采集樹協(xié)議的鏈路質(zhì)量估計(jì)器鄰居表相應(yīng)條目的inquality項(xiàng)或etx項(xiàng)進(jìn)行更新。
[0010]需要注意的是，由于包的長度會影響包的接收率，因此，⑴中擬合得到的表達(dá)式的適用前提是包的長度相同，為了更好地利用⑴中擬合得到的表達(dá)式的結(jié)論，將所有數(shù)據(jù)包、路由信標(biāo)或新的應(yīng)答包的長度固定為35個字節(jié)。
[0011]⑴鏈路質(zhì)量的表達(dá)式的擬合
[0012]將10個節(jié)點(diǎn)部署在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場，節(jié)點(diǎn)間兩兩組成無線鏈路，共90條無線鏈路。對于第i條鏈路，傳輸60個總長度為35字節(jié)的數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包之間的時間間隔為50ms，接收機(jī)統(tǒng)計(jì)前10個數(shù)據(jù)包的SNR的累加值SNRt()tal1、LQI的累加值LQIttrtali和前10個數(shù)據(jù)包中接收到的個數(shù) m，按公式 PRR' i = m/10 計(jì)算 PRR' i；按公式 SNRAvgi = PRR' i *SNRtotali/m 計(jì)算SNRAvgi，按公式LQIAvgi = PRR' i.LQItotali/m計(jì)算LQIAvgi。再統(tǒng)計(jì)接下來的50個數(shù)據(jù)包的PRRi,這樣60個包獲取的數(shù)據(jù)組成建模集。
[0013]SNR的獲取方法如下:接收機(jī)以30ms為周期定時采樣信道空閑時的接收信號強(qiáng)度指數(shù)，作為一次噪聲基底的樣本值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(jì)算此時噪聲基底，與舊的噪聲基底數(shù)據(jù)加權(quán)平均后作為新的噪聲基底，接收到的數(shù)據(jù)包的信噪比由該數(shù)據(jù)包的rssi域的值減去最新的噪聲基底得到，LQI則直接從數(shù)據(jù)包的Iqi域獲取。
[0014]擬合鏈路質(zhì)量的表達(dá)式時要去除PRR等于I的數(shù)據(jù)點(diǎn)，利用建模集中PRR未達(dá)到I的數(shù)據(jù)對以下鏈路質(zhì)量的表達(dá)式進(jìn)行擬合:
[0015]PRRi = A.SNRAvgi+B.LQIAvgi I
[0016]可以求出表達(dá)式的參數(shù):
(?鑛挪.視歡LQ丨權(quán)此SNR-.；)
[0017]A -7ι-------^- fl

(? SNR2hv }(|； LQI2hv)—(^dLQi樹.SNRaJ

卜i f-? 1-t
(iSNR‘PR破吼smArslHiLQkPMiXtsNRl0)
[0018]B =—---—---—---—-
(? iUivU -(i 麵―
?-t?-ιf-1III
[0019]進(jìn)而可確定出鏈路質(zhì)量的表達(dá)式I的具體形式:
[0020]PRRi = A.PRR，.SNRtotal/m+B.PRR' j.LQItotal/m IV
[0021]⑵包的設(shè)計(jì)
[0022]融合信噪比、鏈路質(zhì)量指數(shù)和包接收率的鏈路質(zhì)量估計(jì)器中，每個節(jié)點(diǎn)發(fā)送或接收3種包:數(shù)據(jù)包、新的應(yīng)答包和路由信標(biāo)包。
[0023]新的應(yīng)答由包頭(長度為10字節(jié))、應(yīng)答序列號域(長度為I字節(jié))、需要返回應(yīng)答的鄰居節(jié)點(diǎn)的單向etx(長度為2字節(jié))域、填充(長度為13字節(jié))域、元數(shù)據(jù)(長度為10字節(jié))域組成。數(shù)據(jù)包由包頭(長度為10字節(jié))、選項(xiàng)(opt1n，長度為I字節(jié))域、存活時間(THL，Time Have Lived，長度為I字節(jié))域、期望傳輸次數(shù)(表示發(fā)送該數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)的ETX值，長度為2字節(jié))域、源地址(origin，長度為2字節(jié))域、源節(jié)點(diǎn)序列號(originSeqNo，長度為I字節(jié))域、類型(表示該數(shù)據(jù)包在應(yīng)用層的類型，長度為I字節(jié))域、數(shù)據(jù)(長度為4字節(jié)，數(shù)據(jù)包具體內(nèi)容)域、填充(長度為5字節(jié))域、元數(shù)據(jù)(長度為10字節(jié))域組成。路由信標(biāo)由包頭(長度為10字)、信標(biāo)包頭(長度為2字節(jié))域、信標(biāo)載荷(長度為3字節(jié))域、包尾(長度為10字節(jié))域和元數(shù)據(jù)(長度為10字節(jié))域組成，其中包尾域的填充規(guī)則如下:①如果未寫入上一個路由信標(biāo)包包尾的鄰居表的條目數(shù)小于6,則將這些條目中的ll_addr、inquality全填在本路由信標(biāo)的包尾(每個鄰居表?xiàng)l目的相關(guān)“描述”在包尾中占2個字節(jié))，其余字節(jié)用0x00占滿；②如果未寫入上一個路由信標(biāo)包包尾的條目數(shù)大于6，則將前5個按①的方法進(jìn)行填寫，在下一條路由信標(biāo)中對剩余的條目繼續(xù)按①的方法進(jìn)行判斷和填寫。這樣，所有包的長度都是35字節(jié)。
[0024]⑶鄰居表中條目的更新:
[0025]本節(jié)點(diǎn)或鄰居節(jié)點(diǎn)在以下幾種情況下對鄰居表中相應(yīng)條目進(jìn)行更新:
[0026]①鄰居節(jié)點(diǎn)廣播路由信標(biāo)，本節(jié)點(diǎn)接收后記錄接收到的路由信標(biāo)的個數(shù)并將接收到的SNR和LQI進(jìn)行累加，同時通過收到的路由信標(biāo)的序列號計(jì)算出收到的和未收到的路由信標(biāo)的個數(shù)，當(dāng)接收到的路由信標(biāo)個數(shù)增加到一定數(shù)目時，就將包接收窗口內(nèi)(窗口設(shè)定為5-10的自然數(shù))的SNR累加值SNRt()tal、LQI累加值LQItotal、收到的路由信標(biāo)的個數(shù)m、當(dāng)前路由信標(biāo)接收窗口內(nèi)(窗口設(shè)定為5-10的自然數(shù))的路由信標(biāo)接收率PRR’帶入公式IV，計(jì)算出將來一段時間的PRR，取倒數(shù)歸一化作為記錄的單向鏈路質(zhì)量參數(shù)，然后與鄰居表?xiàng)l目中記錄的原inquality采用EWMA的方法得到inquality’ ,以此更新鄰居表?xiàng)l目的inquality項(xiàng),根據(jù)該鄰居表?xiàng)l目的inquality和outquality計(jì)算出etx,與鄰居表?xiàng)l目的原etx采用EWMA的方法得到etx’ ,以此更新鄰居表?xiàng)l目的etx項(xiàng)；
[0027]②本節(jié)點(diǎn)收到鄰居節(jié)點(diǎn)廣播的路由信標(biāo)的時候，就根據(jù)該路由信標(biāo)中所含的本節(jié)點(diǎn)到該鄰居節(jié)點(diǎn)的單向鏈路的inquality值更新本節(jié)點(diǎn)的鄰居表中該鄰居節(jié)點(diǎn)條目的outquality 項(xiàng)；
[0028]③禁止原采集樹協(xié)議中每個節(jié)點(diǎn)在收到數(shù)據(jù)包后自動發(fā)送應(yīng)答包的功能，用新的應(yīng)答包進(jìn)行應(yīng)答，新的應(yīng)答包的應(yīng)答序列號域中記錄該應(yīng)答包是本節(jié)點(diǎn)對需要返回應(yīng)答的鄰居節(jié)點(diǎn)返回的“第幾個”應(yīng)答包，新的應(yīng)答包的需要返回應(yīng)答的鄰居節(jié)點(diǎn)的單向etx域中記錄需要返回應(yīng)答的鄰居節(jié)點(diǎn)到本節(jié)點(diǎn)這一鏈路的單向etx值。在接收或發(fā)送數(shù)據(jù)包和新的應(yīng)答包的過程中，在以下幾種情況下對鄰居表?xiàng)l目中記錄的inquality、outquality和etx項(xiàng)進(jìn)行更新:1.本節(jié)點(diǎn)每次接收到新的應(yīng)答包后，將需要返回應(yīng)答的鄰居節(jié)點(diǎn)的單向etx域記錄為etx’ ,以此更新本節(jié)點(diǎn)的鄰居表中該鄰居節(jié)點(diǎn)條目中的outquality。本節(jié)點(diǎn)對收到目的節(jié)點(diǎn)的新的應(yīng)答包的個數(shù)進(jìn)行累加并通過新的應(yīng)答包中的序列號計(jì)算出收到的和未收到的新的應(yīng)答包的個數(shù)，并將收到新的應(yīng)答包的SNR和LQI累加，當(dāng)接收到的新的應(yīng)答包的應(yīng)答序列號增加一定數(shù)目時，就將新的應(yīng)答包接收窗口內(nèi)(窗口設(shè)定為5-10的自然數(shù))的SNR累加值SNRt(rtal、LQI累加值LQIttrtal、收到的新的應(yīng)答包的個數(shù)m、當(dāng)前路由信標(biāo)接收窗口內(nèi)(窗口設(shè)定為5-10的自然數(shù))的新的應(yīng)答包接收率PRR’帶入公式IV，計(jì)算出將來一段時間的PRR，取倒數(shù)歸一化作為記錄的單向鏈路質(zhì)量參數(shù)，然后與鄰居表?xiàng)l目中記錄的原inquality采用EWMA的方法得到inquality’ ,以此更新鄰居表?xiàng)l目的inquality項(xiàng)，根據(jù)該鄰居表?xiàng)l目的inquality和outquality計(jì)算出etx,與鄰居表?xiàng)l目的原etx采用EWMA的方法得到etx’ ,以此更新鄰居表?xiàng)l目的etx項(xiàng)。i1.鄰居節(jié)點(diǎn)記錄接收到的數(shù)據(jù)包的個數(shù)并將每一個收到的數(shù)據(jù)包的SNR和LQI累加，當(dāng)接收到數(shù)據(jù)包的序列號增加一定數(shù)目時，就將新的應(yīng)答包接收窗口內(nèi)(窗口設(shè)定為5-10的自然數(shù))接收到的數(shù)據(jù)包的SNR的累加值SNRt(rtal、LQI的累加值LQIttrtal和收到的數(shù)據(jù)包的個數(shù)m、當(dāng)前數(shù)據(jù)包接收窗口內(nèi)(窗口設(shè)定為5-10的自然數(shù))的數(shù)據(jù)包接收率PRR’帶入公式IV，計(jì)算出將來一段時間的PRR，然后取倒數(shù)后歸一化作為記錄的單向鏈路質(zhì)量參數(shù)，與鄰居表?xiàng)l目中記錄的原inquality采用EWMA的方法得到inquality’ ,以此更新鄰居表?xiàng)l目的inquality項(xiàng),根據(jù)該鄰居表?xiàng)l目的inquality和outquality計(jì)算出etx,與鄰居表?xiàng)l目的原etx采用EWMA的方法得到etx’ ,以此更新鄰居表?xiàng)l目的etx項(xiàng)。
[0029]本發(fā)明的有益效果:
[0030]⑴本發(fā)明的鏈路質(zhì)量估計(jì)器通過融合SNR、LQI和PRR的設(shè)計(jì)，解決了采集樹協(xié)議的鏈路質(zhì)量估計(jì)器面臨的兩難的問題，只需對少量(小于10個)數(shù)據(jù)包、路由信標(biāo)或新的應(yīng)答包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，即可進(jìn)行分辨率很高的鏈路質(zhì)量估計(jì)(PRR)；
[0031]⑵采集樹協(xié)議的鏈路質(zhì)量估計(jì)器中，用來統(tǒng)計(jì)接收率的數(shù)據(jù)包、路由信標(biāo)的長度不同，包的接收率受包的長度影響非常大，在其他環(huán)境都相同的情況下，長度大的包的接收率遠(yuǎn)低于長度小的包，因此，CTP的鏈路質(zhì)量估計(jì)器通過統(tǒng)計(jì)路由信標(biāo)包的接收情況來更新數(shù)據(jù)包的鏈路質(zhì)量的方法存在著問題，本發(fā)明所用的數(shù)據(jù)包、路由信標(biāo)和新的應(yīng)答包的長度都是35字節(jié)，因此完全克服了這一問題；
[0032]⑶能效的比較:CTP的鏈路質(zhì)量估計(jì)器和融合信噪比、鏈路質(zhì)量指數(shù)和包接收率的鏈路質(zhì)量估計(jì)器的不同主要是綜合的信息不同和對鏈路質(zhì)量參數(shù)更新的時機(jī)不同，但兩者都采用跨層設(shè)計(jì)，并且很相似，為比較二者的性能，將采集樹協(xié)議的鏈路質(zhì)量估計(jì)器替換為融合信噪比、鏈路質(zhì)量指數(shù)和包接收率的鏈路質(zhì)量估計(jì)器并對原協(xié)議的組件做相應(yīng)的修改，最后形成SNR-LQ1-PRR采集樹協(xié)議。與此同時，為了計(jì)算所有節(jié)點(diǎn)平均每個數(shù)據(jù)包的傳輸消耗，需對信標(biāo)和數(shù)據(jù)包發(fā)送的數(shù)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，程序上的實(shí)現(xiàn)方法是編寫B(tài)eaconPlus-DataRetriesCounterP 模塊并完成相應(yīng)綁定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是本節(jié)點(diǎn)與鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包和路由信標(biāo)示意圖；
[0034]圖2是采用CTP的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包接收率圖；
[0035]圖3是采用SNR - LQ1- PRR采集樹協(xié)議的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包接收率圖；
[0036]圖4是CTP和SNR - LQ1- PRR采集樹協(xié)議的平均每個數(shù)據(jù)包的傳輸消耗對比圖。

【具體實(shí)施方式】
[0037]為了克服前述的采集樹協(xié)議的鏈路質(zhì)量估計(jì)器存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種融合信噪比、鏈路質(zhì)量指數(shù)和包接收率的鏈路質(zhì)量估計(jì)器，包含以下內(nèi)容:
[0038]⑴鏈路質(zhì)量的表達(dá)式的擬合:通過進(jìn)行鏈路質(zhì)量現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)擬合估計(jì)鏈路質(zhì)量的表達(dá)式；
[0039]⑵包的設(shè)計(jì):重新設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)發(fā)送或接收3種包，即數(shù)據(jù)包、新的應(yīng)答包和路由信標(biāo)包。設(shè)計(jì)新的應(yīng)答包的格式。讓其“攜帶”目的節(jié)點(diǎn)到應(yīng)答包發(fā)送節(jié)點(diǎn)之間鏈路的信息，這樣，節(jié)點(diǎn)接收到鄰居節(jié)點(diǎn)廣播的路由信標(biāo)或者發(fā)送的應(yīng)答包時，就可根據(jù)該路由信標(biāo)中所含的信息更新自身鄰居表中的相應(yīng)域。包的長度會影響包的接收率，因此，⑴中擬合得到的表達(dá)式的適用前提是包的長度相同，為了避免因數(shù)據(jù)包長度不同而造成接收率的巨大差異，以及更好地利用⑴中擬合得到的表達(dá)式的結(jié)論，將所有數(shù)據(jù)包、路由信標(biāo)或新的應(yīng)答包的長度固定為35個字節(jié)；
[0040]⑶鄰居表中條目的更新:當(dāng)節(jié)點(diǎn)獲得當(dāng)前接收窗口內(nèi)(窗口設(shè)定為5-10的自然數(shù))數(shù)據(jù)包、路由信標(biāo)或新的應(yīng)答包的接收個數(shù)、發(fā)射機(jī)發(fā)送的包的個數(shù)和接收到的包的SNR、LQI信息時，就可以將這些信息帶入⑴中擬合的估計(jì)鏈路質(zhì)量的表達(dá)式，從而預(yù)測將來一段時間內(nèi)相應(yīng)鏈路的PRR，進(jìn)而可對采集樹協(xié)議的鏈路估計(jì)器鄰居表相應(yīng)條目的inquality項(xiàng)或etx項(xiàng)進(jìn)行更新。
[0041]上述⑴鏈路質(zhì)量的表達(dá)式的擬合具體如下:
[0042]將10 個 TelosB (Crossbow Technology, California, USA)節(jié)點(diǎn)部署在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場，軟件采用Tiny0S-2.1.0操作系統(tǒng)，程序用nesC語言編寫，MAC層采用CSMA-CA的信道接入算法，數(shù)據(jù)包的格式符合IEEE802.15.4的標(biāo)準(zhǔn)，無線信道選為該標(biāo)準(zhǔn)的第26個信道上，以避免Wifi等信號的影響，所有節(jié)點(diǎn)CC2420芯片輸出功率設(shè)置為OdBm。節(jié)點(diǎn)間兩兩組成無線鏈路，因此一共有90條無線鏈路。對于第i條鏈路，傳輸60個總長度為35字節(jié)的數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包之間的時間間隔為50ms，接收機(jī)統(tǒng)計(jì)前10個數(shù)據(jù)包的SNR的累加值SNRt()tal1、LQI的累加值LQItrtali和前10個數(shù)據(jù)包中接收到的個數(shù)m，按公式PRR' iZm/lO計(jì)算PRR' i；按公式 SNRAvgi = PRR' i.SNRtotali/m 計(jì)算 SNRAvgi，按公式 LQIAvgi = PRR' i.LQItotali/m 計(jì)算LQIAvgi。再統(tǒng)計(jì)接下來的50個數(shù)據(jù)包的PRRi,這樣60個包獲取的數(shù)據(jù)組成建模集。
[0043]SNR的獲取方法如下:接收機(jī)以30ms為周期定時采樣信道空閑時的接收信號強(qiáng)度指數(shù)(以下簡稱RSSI)，作為一次噪聲基底的樣本值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(jì)算此時噪聲基底，與舊的噪聲基底數(shù)據(jù)加權(quán)平均后作為新的噪聲基底，接收到的數(shù)據(jù)包的信噪比由該數(shù)據(jù)包的rssi域的值減去最新的噪聲基底得到，LQI則直接從數(shù)據(jù)包的Iqi域獲取。
[0044]隨LQI和SNR同步增加，PRR也會增加，通常情況下，當(dāng)SNR>13或LQI>90時，PRR就達(dá)到1，此時，SNR和LQI繼續(xù)增加，PRR仍舊為I (飽和值)，所以擬合鏈路質(zhì)量的表達(dá)式時要去除PRR等于I的數(shù)據(jù)點(diǎn)，利用建模集中PRR未達(dá)到I的數(shù)據(jù)對以下鏈路質(zhì)量的表達(dá)式進(jìn)行擬合:
[0045]PRRi = A.SNRAvgi+B.L QIAvgiI
[0046]可以求出表達(dá)式的參數(shù):
(?臟-.剛念QlDHfiLQ1-.PRmflSm-.MM1)
[0047]^^^^-1l
(Σ χΣ 驟 L) - (Σ 聯(lián)#'.f
?~? ?~? ?~?
(Σ 麗樹■ m )(Σ LQ{.^.鑛￥) - (Σ lQiArgi ■ PRmiLsmI^
[0048]B =-7t-^-7>——^;-包-

(Σ1Q1^.膽切)2 - (Σ SNRL.)(Σ LQ!L.)
jNI1:1HI
[0049]進(jìn)而可確定出鏈路質(zhì)量的表達(dá)式I的具體形式:
[0050]PRRi = A.PRR，.SNRtotal/m+B.PRR' j.LQItotal/m IV
[0051]上述⑵包的設(shè)計(jì)的具體如下:融合SNR、LQI和PRR的鏈路質(zhì)量估計(jì)器與采集樹協(xié)議的鏈路質(zhì)量估計(jì)器中，每個節(jié)點(diǎn)發(fā)送或接收3種包:數(shù)據(jù)包、新的應(yīng)答包和路由信標(biāo)包。
[0052]新的應(yīng)答由包頭(長度為10字節(jié))、應(yīng)答序列號域(長度為I字節(jié))、需要返回應(yīng)答的鄰居節(jié)點(diǎn)的單向etx(長度為2字節(jié))域、填充(長度為13字節(jié))域、元數(shù)據(jù)(長度為10字節(jié))域組成。數(shù)據(jù)包由包頭(長度為10字節(jié))、選項(xiàng)(opt1n，長度為I字節(jié))域、存活時間(THL，Time Have Lived，長度為I字節(jié))域、期望傳輸次數(shù)(表示發(fā)送該數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)的ETX值，長度為2字節(jié))域、源地址(origin，長度為2字節(jié))域、源節(jié)點(diǎn)序列號(originSeqNo，長度為I字節(jié))域、類型(表示該數(shù)據(jù)包在應(yīng)用層的類型，長度為I字節(jié))域、數(shù)據(jù)(長度為4字節(jié)，數(shù)據(jù)包具體內(nèi)容)域、填充(長度為5字節(jié))域、元數(shù)據(jù)(長度為10字節(jié))域組成。路由信標(biāo)由包頭(長度為10字)、信標(biāo)包頭(長度為2字節(jié))域、信標(biāo)載荷(長度為3字節(jié))域、包尾(長度為10字節(jié))域和元數(shù)據(jù)(長度為10字節(jié))域組成，其中包尾域的填充規(guī)則如下:①如果未寫入上一個路由信標(biāo)包包尾的鄰居表的條目數(shù)小于6,則將這些條目中的ll_addr、inquality全填在本路由信標(biāo)的包尾(每個鄰居表?xiàng)l目的相關(guān)“描述”在包尾中占2個字節(jié))，其余字節(jié)用0x00占滿；②如果未寫入上一個路由信標(biāo)包包尾的條目數(shù)大于6，則將前5個按①的方法進(jìn)行填寫，在下一條路由信標(biāo)中對剩余的條目繼續(xù)按①的方法進(jìn)行判斷和填寫。這樣，所有包的長度都是35字節(jié)。
[0053]需要說明的是，融合SNR、LQI和PRR的鏈路質(zhì)量估計(jì)器禁止了原CTP中每個節(jié)點(diǎn)在收到數(shù)據(jù)包后自動回復(fù)應(yīng)答包的功能，定義了新的應(yīng)答包，每個節(jié)點(diǎn)返回的新的應(yīng)答包中新增加兩個域，第一個是應(yīng)答序列號域，該域中記錄該應(yīng)答包是本節(jié)點(diǎn)對需要返回應(yīng)答的鄰居節(jié)點(diǎn)返回的“第幾個”應(yīng)答包，第二個是需要返回應(yīng)答的鄰居節(jié)點(diǎn)的單向etx域，記錄需要返回應(yīng)答的鄰居節(jié)點(diǎn)到本節(jié)點(diǎn)的單向etx值。
[0054]以本節(jié)點(diǎn)作為參考，與鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包和路由信標(biāo)以及鄰居表如圖1所示，本節(jié)點(diǎn)或鄰居節(jié)點(diǎn)在以下幾種情況下對鄰居表中相應(yīng)條目進(jìn)行更新:
[0055]①鄰居節(jié)點(diǎn)廣播路由信標(biāo)，本節(jié)點(diǎn)接收后記錄接收到的路由信標(biāo)的個數(shù)并將接收到的SNR和LQI進(jìn)行累加，同時通過收到的路由信標(biāo)的序列號計(jì)算出收到的和未收到的路由信標(biāo)的個數(shù)，當(dāng)接收到的路由信標(biāo)個數(shù)增加到一定數(shù)目時，就將包接收窗口內(nèi)(窗口設(shè)定為5-10的自然數(shù))的SNR累加值SNRt()tal、LQI累加值LQItotal、收到的路由信標(biāo)的個數(shù)m、當(dāng)前路由信標(biāo)接收窗口內(nèi)(窗口設(shè)定為5-10的自然數(shù))的路由信標(biāo)接收率PRR’帶入公式IV，計(jì)算出將來一段時間的PRR，取倒數(shù)歸一化作為記錄的單向鏈路質(zhì)量參數(shù)，然后與鄰居表?xiàng)l目中記錄的原inquality采用EWMA的方法得到inquality’ ,以此更新鄰居表?xiàng)l目的inquality項(xiàng),根據(jù)該鄰居表?xiàng)l目的inquality和outquality計(jì)算出etx,與鄰居表?xiàng)l目的原etx采用EWMA的方法得到etx’ ,以此更新鄰居表?xiàng)l目的etx項(xiàng)；
[0056]②本節(jié)點(diǎn)收到鄰居節(jié)點(diǎn)廣播的路由信標(biāo)的時候，就根據(jù)該路由信標(biāo)中所含的本節(jié)點(diǎn)到該鄰居節(jié)點(diǎn)的單向鏈路的inquality值更新本節(jié)點(diǎn)的鄰居表中該鄰居節(jié)點(diǎn)條目的outquality 項(xiàng)；
[0057]③禁止原采集樹協(xié)議中每個節(jié)點(diǎn)在收到數(shù)據(jù)包后自動發(fā)送應(yīng)答包的功能，用新的應(yīng)答包進(jìn)行應(yīng)答，新的應(yīng)答包的應(yīng)答序列號域中記錄該應(yīng)答包是本節(jié)點(diǎn)對需要返回應(yīng)答的鄰居節(jié)點(diǎn)返回的“第幾個”應(yīng)答包，新的應(yīng)答包的需要返回應(yīng)答的鄰居節(jié)點(diǎn)的單向etx域中記錄需要返回應(yīng)答的鄰居節(jié)點(diǎn)到本節(jié)點(diǎn)這一鏈路的單向etx值。在接收或發(fā)送數(shù)據(jù)包和新的應(yīng)答包的過程中，在以下幾種情況下對鄰居表?xiàng)l目中記錄的inquality、outquality和etx項(xiàng)進(jìn)行更新:1.本節(jié)點(diǎn)每次接收到新的應(yīng)答包后，將需要返回應(yīng)答的鄰居節(jié)點(diǎn)的單向etx域記錄為etx’ ,以此更新本節(jié)點(diǎn)的鄰居表中該鄰居節(jié)點(diǎn)條目中的outquality。本節(jié)點(diǎn)對收到目的節(jié)點(diǎn)的新的應(yīng)答包的個數(shù)進(jìn)行累加并通過新的應(yīng)答包中的序列號計(jì)算出收到的和未收到的新的應(yīng)答包的個數(shù)，并將收到新的應(yīng)答包的SNR和LQI累加，當(dāng)接收到的新的應(yīng)答包的應(yīng)答序列號增加一定數(shù)目時，就將新的應(yīng)答包接收窗口內(nèi)(窗口設(shè)定為5-10的自然數(shù))的SNR累加值SNRt(rtal、LQI累加值LQIttrtal、收到的新的應(yīng)答包的個數(shù)m、當(dāng)前路由信標(biāo)接收窗口內(nèi)(窗口設(shè)定為5-10的自然數(shù))的新的應(yīng)答包接收率PRR’帶入公式IV，計(jì)算出將來一段時間的PRR，取倒數(shù)歸一化作為記錄的單向鏈路質(zhì)量參數(shù)，然后與鄰居表?xiàng)l目中記錄的原inquality采用EWMA的方法得到inquality’ ,以此更新鄰居表?xiàng)l目的inquality項(xiàng)，根據(jù)該鄰居表?xiàng)l目的inquality和outquality計(jì)算出etx,與鄰居表?xiàng)l目的原etx采用EWMA的方法得到etx’ ,以此更新鄰居表?xiàng)l目的etx項(xiàng)。i1.鄰居節(jié)點(diǎn)記錄接收到的數(shù)據(jù)包的個數(shù)并將每一個收到的數(shù)據(jù)包的SNR和LQI累加，當(dāng)接收到數(shù)據(jù)包的序列號增加一定數(shù)目時，就將新的應(yīng)答包接收窗口內(nèi)(窗口設(shè)定為5-10的自然數(shù))接收到的數(shù)據(jù)包的SNR的累加值SNRt(rtal、LQI的累加值LQIttrtal和收到的數(shù)據(jù)包的個數(shù)m、當(dāng)前數(shù)據(jù)包接收窗口內(nèi)(窗口設(shè)定為5-10的自然數(shù))的數(shù)據(jù)包接收率PRR’帶入公式IV，計(jì)算出將來一段時間的PRR，然后取倒數(shù)后歸一化作為記錄的單向鏈路質(zhì)量參數(shù)，與鄰居表?xiàng)l目中記錄的原inquality采用EWMA的方法得到inquality’ ,以此更新鄰居表?xiàng)l目的inquality項(xiàng),根據(jù)該鄰居表?xiàng)l目的inquality和outquality計(jì)算出etx,與鄰居表?xiàng)l目的原etx采用EWMA的方法得到etx’ ,以此更新鄰居表?xiàng)l目的etx項(xiàng)。
[0058]在①或者③情況下，如果窗口期內(nèi)沒有收到任何路由信標(biāo)或者應(yīng)答包，則不用進(jìn)行后續(xù)計(jì)算，直接將單向鏈路質(zhì)量參數(shù)置為最大值(255)。
[0059]將23 個 TelosB (Crossbow Technology, California, USA)節(jié)點(diǎn)部署在果園實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場，高度為2.5米，相鄰節(jié)點(diǎn)的間距35米，試驗(yàn)前的測試表明，并且信號不穩(wěn)定，可用來檢驗(yàn)鏈路質(zhì)量估計(jì)器的性能，試驗(yàn)過程中保持所有節(jié)點(diǎn)電路板平面與地平面垂直，所有節(jié)點(diǎn)軟件采用Tiny0S-2.1.0操作系統(tǒng)，程序用nesC語言編寫，MAC層采用CSMA-CA的信道接入算法，數(shù)據(jù)包的格式符合IEEE802.15.4的標(biāo)準(zhǔn)，無線信道選為該標(biāo)準(zhǔn)的第26個信道上，以避免Wifi等信號的影響，所有節(jié)點(diǎn)CC2420芯片輸出功率設(shè)置為OdBm。在程序上，該鏈路質(zhì)量估計(jì)器形成新的模塊SNR-LQ1-PRRM，分別運(yùn)行SNR-LQ1-PRR采集樹協(xié)議和完整的CTP，每個協(xié)議運(yùn)行24個小時，其中一個節(jié)點(diǎn)作為根節(jié)點(diǎn)，用于收集數(shù)據(jù)，其它每個節(jié)點(diǎn)每I分鐘虛擬I個數(shù)據(jù)向根節(jié)點(diǎn)發(fā)送，每個節(jié)點(diǎn)記錄自己發(fā)送過的數(shù)據(jù)包和路由信標(biāo)的個數(shù)，由根節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)每個節(jié)點(diǎn)每I個小時內(nèi)的數(shù)據(jù)包接收率，由每個節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)自己在整個運(yùn)行時間內(nèi)發(fā)送過的數(shù)據(jù)包的總個數(shù)和路由信標(biāo)的總個數(shù)，存儲到節(jié)點(diǎn)的flash中，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后讀取出來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
[0060]采用完整的CTP和SNR-LQ1-PRR采集樹協(xié)議節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包接收率隨時間的變化如圖2和圖3所示，22個TelosB節(jié)點(diǎn)的PRR最大值一般都接近100%，但平均值時有波動，24小時內(nèi)，采用SNR-LQ1-PRR采集樹協(xié)議的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包接收率平均值為74.7%，高于采用CTP協(xié)議的61.9%，由此可見，與采集樹協(xié)議的鏈路質(zhì)量估計(jì)器相比，融合信噪比、鏈路質(zhì)量指數(shù)和包接收率的鏈路質(zhì)量估計(jì)器確實(shí)優(yōu)于CTP協(xié)議的鏈路質(zhì)量估計(jì)器。
[0061]如圖4所示，在整個試驗(yàn)中，采用CTP協(xié)議的所有節(jié)點(diǎn)平均每傳輸成功一個數(shù)據(jù)包需發(fā)送5.32個數(shù)據(jù)包(包含多跳傳輸、未接收等因素在內(nèi))，路由信標(biāo)消耗0.14個，SNR-LQ1-PRR采集樹協(xié)議則分別是4.45個和0.20個，發(fā)送的數(shù)據(jù)包比前者減少了 16.4%?？傮w而言，后者平均每個數(shù)據(jù)包的傳輸消耗比前者少0.81個，減少了 14.8%。
[0062]由此可見，本發(fā)明的鏈路質(zhì)量估計(jì)器的能效明顯高于CTP的鏈路質(zhì)量估計(jì)器。
【權(quán)利要求】
1.一種融合信噪比、鏈路質(zhì)量指數(shù)和包接收率的鏈路質(zhì)量估計(jì)器，其特征在于，其包含:鏈路質(zhì)量的表達(dá)式的擬合，包的設(shè)計(jì)，鄰居表中條目的更新； ⑴鏈路質(zhì)量的表達(dá)式的擬合:10個節(jié)點(diǎn)間兩兩組成90條無線鏈路，對于其中第i條鏈路，傳輸60個總長度為35字節(jié)的數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包之間的時間間隔為50ms ;接收機(jī)統(tǒng)計(jì)前10個數(shù)據(jù)包的信噪比SNR的累加值SNRttrtal1、鏈路質(zhì)量指數(shù)LQI的累加值LQItotali和前10個數(shù)據(jù)包中接收到的個數(shù)m，按公式PRR' i = m/10計(jì)算第i條鏈路的數(shù)據(jù)包接收率PRR' i，按公式SNRAvgi = PRR' i.SNRtotali/m計(jì)算第i條鏈路的平均信噪比SNRAvgi，按公式LQIAvgi =PRR' i.LQItotali/m計(jì)算第i條鏈路的平均鏈路質(zhì)量指數(shù)LQIAvgi，再統(tǒng)計(jì)接下來的50個數(shù)據(jù)包的PRRi,這樣60個包獲取的數(shù)據(jù)組成建模集； 擬合鏈路質(zhì)量的表達(dá)式時要去除數(shù)據(jù)包接收率PRR等于I的數(shù)據(jù)點(diǎn)，利用建模集中PRR未達(dá)到I的數(shù)據(jù)對以下鏈路質(zhì)量的表達(dá)式進(jìn)行擬合: PRRi = A.SNRAvgi+B.LQIAvgiI 求出表達(dá)式的參數(shù):
(tsNR掏.PRRiXf4LQfU-細(xì)■ PRR‘、吻 PRRi) 1(? 鑛(?:._ SNRhJ"
?-1?-1H
(isNRh,^PRR,)(f^LQIArgi.SNR4^) - LQIjtw.PRR1 SNR2hgl) O _ ?~1--|?~1--|0............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................(?>0/Αχ,.猜U -二—)
1-Ιi~ls~iHI 進(jìn)而確定出鏈路質(zhì)量的表達(dá)式I的具體形式:
PRRi = A.PRR’.SNRtotal/m+B.PRR' ,.LQItotal/m IV ； ⑵包的設(shè)計(jì)， 每個節(jié)點(diǎn)發(fā)送或接收3種包:數(shù)據(jù)包、新的應(yīng)答包和路由信標(biāo)包； ⑶鄰居表中條目的更新: 本節(jié)點(diǎn)或鄰居節(jié)點(diǎn)在以下幾種情況下對鄰居表中相應(yīng)條目進(jìn)行更新:①本節(jié)點(diǎn)接收到的路由信標(biāo)個數(shù)累加到一定數(shù)量時對鄰居表?xiàng)l目的inquality項(xiàng)更新；②本節(jié)點(diǎn)收到路由信標(biāo)時對鄰居節(jié)點(diǎn)條目的outquality項(xiàng)更新；③本節(jié)點(diǎn)接收到的新的應(yīng)答包和數(shù)據(jù)包累加到一定數(shù)量時對鄰居表?xiàng)l目的更新。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鏈路質(zhì)量估計(jì)器，其特征在于，所述的信噪比SNR的獲取方法如下:接收機(jī)以30ms為周期定時采樣信道空閑時的接收信號強(qiáng)度指數(shù)RSSI，作為一次噪聲基底的樣本值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(jì)算此時噪聲基底，與舊的噪聲基底數(shù)據(jù)加權(quán)平均后作為新的噪聲基底，接收到的數(shù)據(jù)包的信噪比由該數(shù)據(jù)包的RSSI域的值減去最新的噪聲基底得到，LQI則直接從數(shù)據(jù)包的Iqi域獲取。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鏈路質(zhì)量估計(jì)器，其特征在于，⑵包的設(shè)計(jì)中，所述的新的應(yīng)答包包括:包頭，長度為10字節(jié)；應(yīng)答序列號域，長度為I字節(jié)；需要返回應(yīng)答的鄰居節(jié)點(diǎn)的單向期望傳輸次數(shù)etx域，長度為2字節(jié)；填充域，長度為13字節(jié)；元數(shù)據(jù)域，長度為10字節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鏈路質(zhì)量估計(jì)器，其特征在于，⑵包的設(shè)計(jì)中，所述的數(shù)據(jù)包包括:包頭，長度為10字節(jié)；選項(xiàng)域，opt1n,長度為I字節(jié)；存活時間域，THL, Time HaveLived，長度為I字節(jié)；期望傳輸次數(shù)域，表示發(fā)送該數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)的ETX值，長度為2字節(jié)；源地址，origin,長度為2字節(jié)；源節(jié)點(diǎn)序列號域，originSeqNo,長度為I字節(jié)；類型域,表示該數(shù)據(jù)包在應(yīng)用層的類型，長度為I字節(jié)；數(shù)據(jù)域，長度為4字節(jié)，數(shù)據(jù)包具體內(nèi)容；填充，長度為5字節(jié)；元數(shù)據(jù)域，長度為10字節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鏈路質(zhì)量估計(jì)器，其特征在于，⑵包的設(shè)計(jì)中，所述的路由信標(biāo)由包頭，長度為10字節(jié)；信標(biāo)包頭域，長度為2字節(jié)；信標(biāo)載荷域，長度為3字節(jié)；包尾域，長度為10字節(jié)；元數(shù)據(jù)域，長度為10字節(jié)；所述的包尾域的填充規(guī)則如下:①如果未寫入上一個路由信標(biāo)包包尾的鄰居表的條目數(shù)小于6,則將這些條目中的ll_addr、inquality全填在本路由信標(biāo)的包尾，每個鄰居表?xiàng)l目的相關(guān)描述在包尾中占2個字節(jié)，其余字節(jié)用0x00占滿如果未寫入上一個路由信標(biāo)包包尾的條目數(shù)大于6，則將前5個按①的方法進(jìn)行填寫，在下一條路由信標(biāo)中對剩余的條目繼續(xù)按①的方法進(jìn)行判斷和填寫；這樣，所有包的長度都是35字節(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鏈路質(zhì)量估計(jì)器，其特征在于，⑶鄰居表中條目的更新中， ①鄰居節(jié)點(diǎn)廣播路由信標(biāo)，本節(jié)點(diǎn)接收后記錄接收到的路由信標(biāo)的個數(shù)并將接收到的SNR和LQI進(jìn)行累加，同時通過收到的路由信標(biāo)的序列號計(jì)算出收到的和未收到的路由信標(biāo)的個數(shù)，當(dāng)接收到的路由信標(biāo)個數(shù)增加到一定數(shù)目時，就將包接收窗口內(nèi)，窗口設(shè)定為5-10的自然數(shù)，的SNR累加值SNRt(rtal、LQI累加值LQItotal、收到的路由信標(biāo)的個數(shù)m、當(dāng)前路由信標(biāo)接收窗口內(nèi)的路由信標(biāo)接收率PRR’帶入公式IV，計(jì)算出將來一段時間的PRR，取倒數(shù)歸一化作為記錄的單向鏈路質(zhì)量參數(shù)，然后與鄰居表?xiàng)l目中記錄的原inquality采用指數(shù)加權(quán)移動平均EWMA的方法得到inquality’ ,以此更新鄰居表?xiàng)l目的inquality項(xiàng),根據(jù)該鄰居表?xiàng)l目的inquality和outquality計(jì)算出etx,與鄰居表?xiàng)l目的原etx采用EWMA的方法得到etx’，以此更新鄰居表?xiàng)l目的etx項(xiàng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鏈路質(zhì)量估計(jì)器，其特征在于，⑶鄰居表中條目的更新中， ②本節(jié)點(diǎn)收到鄰居節(jié)點(diǎn)廣播的路由信標(biāo)的時候，就根據(jù)該路由信標(biāo)中所含的本節(jié)點(diǎn)到該鄰居節(jié)點(diǎn)的單向鏈路的inquality值更新本節(jié)點(diǎn)的鄰居表中該鄰居節(jié)點(diǎn)條目的outquality 項(xiàng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鏈路質(zhì)量估計(jì)器，其特征在于，⑶鄰居表中條目的更新中， ③禁止原采集樹協(xié)議中每個節(jié)點(diǎn)在收到數(shù)據(jù)包后自動發(fā)送應(yīng)答包的功能，用新的應(yīng)答包進(jìn)行應(yīng)答，新的應(yīng)答包的應(yīng)答序列號域中記錄該應(yīng)答包是本節(jié)點(diǎn)對需要返回應(yīng)答的鄰居節(jié)點(diǎn)返回的第幾個應(yīng)答包，新的應(yīng)答包的需要返回應(yīng)答的鄰居節(jié)點(diǎn)的單向etx域中記錄需要返回應(yīng)答的鄰居節(jié)點(diǎn)到本節(jié)點(diǎn)這一鏈路的單向etx值；在接收或發(fā)送數(shù)據(jù)包和新的應(yīng)答包的過程中，在以下幾種情況下對鄰居表?xiàng)l目中記錄的inquality、outquality和etx項(xiàng)進(jìn)行更新:1.本節(jié)點(diǎn)每次接收到新的應(yīng)答包后，將需要返回應(yīng)答的鄰居節(jié)點(diǎn)的單向etx域記錄為etx’ ,以此更新本節(jié)點(diǎn)的鄰居表中該鄰居節(jié)點(diǎn)條目中的outquality ;本節(jié)點(diǎn)對收到目的節(jié)點(diǎn)的新的應(yīng)答包的個數(shù)進(jìn)行累加并通過新的應(yīng)答包中的序列號計(jì)算出收到的和未收到的新的應(yīng)答包的個數(shù)，并將收到新的應(yīng)答包的SNR和LQI累加，當(dāng)接收到的新的應(yīng)答包的應(yīng)答序列號增加一定數(shù)目時，就將新的應(yīng)答包接收窗口內(nèi)的SNR累加值SNRtotal、LQI累加值LQItotal、收到的新的應(yīng)答包的個數(shù)m、當(dāng)前路由信標(biāo)接收窗口內(nèi)的新的應(yīng)答包接收率PRR’帶入公式IV，計(jì)算出將來一段時間的PRR，取倒數(shù)歸一化作為記錄的單向鏈路質(zhì)量參數(shù)，然后與鄰居表?xiàng)l目中記錄的原inquality采用EWMA的方法得到inquality’ ,以此更新鄰居表?xiàng)l目的inquality項(xiàng),根據(jù)該鄰居表?xiàng)l目的inquality和outquality計(jì)算出etx,與鄰居表?xiàng)l目的原etx采用EWMA的方法得到etx’ ,以此更新鄰居表?xiàng)l目的etx項(xiàng)；i1.鄰居節(jié)點(diǎn)記錄接收到的數(shù)據(jù)包的個數(shù)并將每一個收到的數(shù)據(jù)包的SNR和LQI累加，當(dāng)接收到數(shù)據(jù)包的序列號增加一定數(shù)目時，就將新的應(yīng)答包接收窗口內(nèi)接收到的數(shù)據(jù)包的SNR的累加值SNRtotal^LQI的累加值LQItrtal和收到的數(shù)據(jù)包的個數(shù)m、當(dāng)前數(shù)據(jù)包接收窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)包接收率PRR’帶入公式IV，計(jì)算出將來一段時間的PRR，然后取倒數(shù)后歸一化作為記錄的單向鏈路質(zhì)量參數(shù)，與鄰居表?xiàng)l目中記錄的原inquality采用EWMA的方法得到inquality’ ,以此更新鄰居表?xiàng)l目的inquality項(xiàng),根據(jù)該鄰居表?xiàng)l目的inquality和outquality計(jì)算出etx,與鄰居表?xiàng)l目的原etx采用EWMA的方法得到etx’ ,以此更新鄰居表?xiàng)l目的etx項(xiàng)。
【文檔編號】H04L1/00GK104320217SQ201410597267
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】魯琛, 楊祥龍, 葛丁飛 申請人:浙江科技學(xué)院