r>[0081]
[0082] 對于被控系統，在采樣間隔為0? 05s(20Hz)的條件下，離散化后的系統（式（13)) 的矩陣參數為
[0083]
[0084] 以抑制噪聲為最優(yōu)化目標，通過特征根優(yōu)化的方法求解增益矩陣L，結果如下
[0085]
[0086] 通過MATLAB仿真得到結果如圖5和圖6所示。
[0087] 圖5為加入丟包判決器和未加丟包判決器的WSANs在發(fā)生丟包時故障檢測濾波器 的輸出信號，丟包是通過將5s_5.Is時間段內系統的輸出yk強制賦值為噪聲信號dk從而模 擬得到的。由圖4可見，當WSANs發(fā)生丟包時，若不接入丟包判決器則很難判斷此時系統是 否發(fā)生丟包；而加入丟包判決器后發(fā)生丟包時則能夠明顯觀測到故障檢測濾波器輸出了一 個脈沖信號，表示這一時刻發(fā)生了丟包。
[0088] 圖6為鏈路隨機丟包和由于節(jié)點故障而產生丟包時故障檢測濾波器輸出信號的 比較圖。從圖中可以看出，鏈路發(fā)生隨機丟包時故障檢測器輸出為一個脈沖信號；而當傳感 器節(jié)點發(fā)生故障時，丟包判決器將無法接收到任何有效的信息，此時故障檢測濾波器的輸 出為一個逐漸衰減的階躍信號。
[0089] 綜上，本發(fā)明所設計的丟包判決器與故障檢測濾波器結合使用能夠有效地判決鏈 路中出現的丟包現象，并能根據故障檢測濾波器的輸出信號波形判定丟包的原因。
[0090] 在此說明書中，本發(fā)明已參照特定的實施實例做了描述。但是，很顯然仍可以做出 各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應被認為是說明性的 而非限制性的。
【主權項】
1. 一種基于QoS的WSA化丟包判決器設計方法，其特征在于，包括： S1，為了適應傳感器、執(zhí)行器節(jié)點傳輸業(yè)務多樣化的趨勢，本發(fā)明將支持QoS的IE邸 802.lie協議引入WSA化中，將各個傳感器節(jié)點按其業(yè)務類型和傳輸數據的實時性要求劃 分不同的優(yōu)先級，從而實現通信資源的合理分配； 52, 將分組碰撞作為丟包的主要原因，分析了差錯信道下邸CA的丟包概率，提出了 WSA化中的丟包概率矩陣Pdfw; 53, 將基于丟包概率矩陣Pd"p的龍伯格狀態(tài)觀測器的輸出作為丟包的判決闊值，把丟 包當作一種故障，設計出WSA化丟包判決器，并且能通過判決器輸出的故障信號判斷丟包 原因是傳感器節(jié)點故障，或是由于鏈路不穩(wěn)定造成的的隨機丟包。2. 根據權利要求1所述的一種基于QoS的WSA化丟包判決器設計方法，其特征在于，所 述S1中將支持QoS的IE邸802.lie協議引入WSANs的內容包括： 將支持QoS的IE邸802. 1le協議引入WSA化中，將各個傳感器節(jié)點按其業(yè)務類型和傳 輸數據的實時性要求劃分不同的優(yōu)先級，從而實現通信資源的合理分配； 在IE邸802.lie的協議中，定義了四種接入類別AC，分別為AC_V0,對應音頻業(yè)務；AC_VI，對應視頻業(yè)務;AC_BE，對應"盡力而為"的數據業(yè)務;AC_BK，對應背景數據業(yè)務；其優(yōu)先 級順序為AC_VO〉AC_VI〉AC_BE〉AC_BK; 增強型分布式信道接入邸CA是一種基于競爭的MAC層接入協議，邸CA與分布式協調控 審IJDCF最大的區(qū)別在于使用可變長度的仲裁時隙AIFS代替固定長度的DCF帖間間隔DIFS， 即對于不同的AC數據帖采用不同的帖間隔，AIFS值是根據不同的業(yè)務類型而變化的，運樣 就能保證不同優(yōu)先級業(yè)務的區(qū)別接入； 于是，高優(yōu)先級的業(yè)務在競爭中將更容易獲得信道的使用權；反之，低優(yōu)先級的業(yè)務在 信道競爭激烈時可能會出現"饑餓"現象； 因此在WSA化中，個別傳輸業(yè)務實時性要求高的傳感器節(jié)點應該被賦予更高的優(yōu)先 級，而實時性要求低的節(jié)點可W賦予較低的優(yōu)先級，從而保證系統的能夠高效有序的運行； 不同類型的傳感器節(jié)點應對應不同的AC;其中，聲音傳感器對應AC_V0,圖像傳感器對應 AC_VI，實時性較高的數據業(yè)務傳感器對應AC_BE，實時性較低的數據業(yè)務傳感器對應AC_ BK。3. 根據權利要求1所述的一種基于QoS的WSA化丟包判決器的設計方法，其特征在于， 所述S2中WSA化的丟包概率矩陣Pdf。。設計過程如下： 通過分析得出在WSA化中單個傳感器鏈路的丟包概率Pd如下式所示，由上式可知，在給定重傳次數限制R的條件下，丟包率與分組發(fā)送概率T，節(jié)點數目n， 誤比特率Pb和分組長度L等參數有關； 對于一個固定的WSANs,傳感器節(jié)點數N是不變的；而重傳次數R、競爭窗口W和分組 頭長度H在同一節(jié)點中也是不會隨時間變化的；所W，一方面，在信道環(huán)境不發(fā)生突變的前 提下，我們可W認為一個傳感器節(jié)點所對應的丟包率是不隨時間變化的；另一方面，每一個 傳感器節(jié)點所處的信道環(huán)境各有差異，運就導致了不同傳感器節(jié)點的誤比特Pb可能有所不 同，而且由于不同節(jié)點傳輸業(yè)務類型不同，傳輸分組的長度L也是不同的； 綜合w上兩點，可w得出每個傳感器節(jié)點對應的丟包概率Pdl是相對固定的，而不同節(jié) 點之間的丟包概率又是不同的；為了方便的描述WSA化所特有的運種丟包概率特性，本發(fā) 明提出WSA化的丟包概率矩陣Pd"p作為之后設計丟包判決器的重要參數； 丟包概率矩陣Pdf。。是一個數量矩陣，如下式所示，其中，對角線上的各元素是將前式中的各個參數設為定值之后，計算得到的各路傳感 器節(jié)點所對應的丟包率，PdiE[0, 1]，其余元素為0 ;而PdfDp的階數等于傳感器節(jié)點的數量 N。4.根據權利要求1所述的一種基于QoS的WSA化丟包判決器設計方法，其特征在于，所 述的S3中將基于丟包概率矩陣的龍伯格狀態(tài)觀測器的輸出作為丟包的判決闊值，把丟包 當作一種故障，設計的WSANs丟包判決器內容如下： Wyk、Uk為輸入首先經過基于丟包概率矩陣的龍伯格狀態(tài)觀測器得到判決闊值yth，將Yth與輸入yk經過比較器比較，判斷是否發(fā)生丟包，將判決結果作為二選一選擇器的驅動信 號，未丟包時輸出輸入信號Yk，丟包時輸出由故障信號發(fā)生器發(fā)生的故障信號fk; 本發(fā)明將狀態(tài)觀測器作為一種系統輸出的估計手段，利用狀態(tài)觀測器重構的系統的狀 態(tài)變量表，進一步求解系統的輸出向量》，并將扔與丟包概率矩陣Pdfw相乘，從而逼近判決 闊值PdfDpyk+dk; 基于丟包概率矩陣的龍伯格狀態(tài)觀測器可描述如下，其中，UkGRP為系統的輸入向量，ykERW為系 統的輸出向量，XkGRM為系統的狀態(tài)向量，ythGRM為該狀態(tài)觀測器的輸出信號，LGRWXM是該狀態(tài)觀測器的增益矩陣； 本發(fā)明通過使用狀態(tài)觀測器來重構系統的輸出變量iv，用(於來還原傳感器中的 噪聲分量，當增益矩陣L能夠較好的抑制接收到的信號中的噪聲時，矜就能夠不斷逼近yk， 從而使得yth逼近Pdf^yk+dk，使得丟包的判斷趨于準確；即該觀測器可W使得yth滿足下式，將yk和uk作為輸入得到了yth之后，將yth與此時的輸入yk作比較，當yki〉ytM時，判定 為沒有丟包，反之判定為丟包；由判定的結果作為選路器的驅動信號，當沒有發(fā)生丟包時， 選路器將把輸出信號yk交給故障檢測濾波器做下一步處理；當發(fā)生丟包時，選路器將選擇 由故障信號發(fā)生器發(fā)出的故障信號作為輸出，當故障檢測濾波器收到該故障信號后，再進 一步根據故障信號波形判斷丟包原因是節(jié)點故障或是鏈路上的隨機丟包，并做出相應的處 理。
【專利摘要】本發(fā)明為提高無線傳感器/執(zhí)行器網絡WSANs的可靠性，提出了一種基于QoS的WSANs丟包判決器設計方法。該方法采用提供服務質量QoS的IEEE802.11e作為WSANs的數據通信協議，推導出該協議下的WSANs丟包概率矩陣，并將基于該丟包概率矩陣的龍伯格狀態(tài)觀測器的輸出作為丟包的判決閾值，把網絡中的丟包現象作為一種故障信號，從而設計出WSANs的丟包判決器。本發(fā)明所提的丟包判決器不僅能有效判斷網絡中是否出現了丟包，而且還能通過判決器輸出的故障信號波形判斷丟包原因：即傳感器節(jié)點故障，或是由于信道環(huán)境不穩(wěn)定造成的隨機丟包。
【IPC分類】H04W24/04
【公開號】CN105007596
【申請?zhí)枴緾N201510497048
【發(fā)明人】廖勇, 沈軒帆, 趙明, 陳玲
【申請人】重慶大學
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年8月13日