[发明专利]通过少量数据包估计无线传感网络链路质量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据少量数据包的信噪比、链路质量指数和包接收率估计无线传感网络链路质量的方法，属于无线传感网络技术领域。

背景技术

真实环境下，受自由衰落、多径衰落和阴影衰落等因素的影响，无线传感网络的数据包接收率会有差异，一般根据链路质量分为稳定连接型(数据包接收率≥90％)、过渡型(10％≤数据包接收率≤90％)和低接收率型(接收率固定较低)，大量的节点的链路质量属于过渡型，其数据包接收率(以下简称PRR)在10％‐90％之间动态变化。

PRR能最直接反应链路质量，获得PRR需要对大量数据包的收发情况进行统计，但是收发大量数据包会引发能量消耗和通信延迟等一系列的问题。

信噪比(以下简称SNR)和链路质量指数(以下简称LQI)是衡量链路质量的另外两个指标，SNR可由无线射频芯片中获得的参数通过一定计算得到，LQI可由无线射频芯片直接获得。以CC2420为例，该芯片有一个内置的接收信号强度指示寄存器RSSI_VAL，读取该值再减去45dB即可得到接收信号功率，空闲(没有接收数据包)时的接收信号功率就是噪声功率，正在接收数据包时的接收信号功率减去噪声功率可得SNR。SNR和PRR之间有单调增加的对应关系，链路质量指数(LQI)指示接收到的数据包的差错率，CC2420芯片提供了一个平均相关值Corr，LQI可由(Corr‐a)·b计算得到(a和b是常数，在0‐255之间)，通常，计算得到的LQI在50‐110之间，LQI的均值和PRR之间的单调递增关系较好。

目前，已有的采用SNR和LQI估计链路质量有如下缺点：采用单一的SNR估计链路质量，SNR在3.4‐7.3dB之间变化，即可导致PRR在10％‐90％之间剧烈变化，因此，仅采用信噪比这一参数估计链路质量存在链路质量的“分辨率”过低(SNR很小的变化就会导致PRR剧烈变化)、难以区分PRR不同的过渡型链路的问题；由于CC2420只记录接收到的数据包的接收信号强度和LQI，因此，采用SNR、LQI或者两者的均值估计链路质量时，记录的SNR和LQI比实际链路偏高，从而导致SNR‐PRR曲线和LQI‐PRR曲线有偏差。

发明内容

针对现有的采用PRR、SNR或LQI估计链路质量存在的不足，本发明提出一种将PRR、SNR和PRR融合，仅通过少量数据包就可进行链路质量估计的方法。

一种通过少量数据包估计无线传感网络链路质量的方法，步骤包括：接收数据包SNR、LQI和PRR的统计、回归参数计算和模型选择、链路质量估计和修改估计链路质量表达式；

步骤1)：接收数据包SNR、LQI和PRR的统计，

发射机和接收机的位置固定后，发射机发送StartNum个StartTransmitMsg消息，消息的时间间隔为t₁，StartNum≥100，StartTransmitMsg消息中包含消息序列号；接着，发射机无时间空隙地发送m*w个长度为Length的数据包，m、w分别为10‐20的自然数，Length为20‐30bytes，数据包的时间间隔为t₂，每m个数据包记为一批，接收机接收到第一个StartTransmitMsg消息后，对于第1批数据包，根据接收到的StartTransmitMsg消息的时间和序列号分别计算发射机发送的第一批数据包中第1个、第m个数据包的时间点，在第1个时间点之前将SNR_total和LQI_total置为0，在第1个和第2个时间点之间接收发射机发送的数据包，计算每个包的信噪比的方法如下：接收机以60ms为周期定时采样信道空闲时的接收信号功率，作为一次噪声基底的样本值并更新噪声基底表中的条目，每8次采样后由8个条目的平均值计算此时的噪声基底，接收到的数据包的信噪比由该数据包的接收信号功率减去噪声基底得到；把接收到的数据包的SNR和LQI的值累加，统计接收到数据包的数目m’，在第2个时间点将SNR和LQI的累加值分别记为SNR_total和LQI_total，按下述公式计算第一批数据包的平均信噪比SNR_Avg1、第一批数据包的平均链路质量指数LQI_Avg1和第一批数据包的数据包接收率PRR₁: