[发明专利]基于潮间带无线传感器网络的压缩感知链路质量估计方法

说明书

本发明公开了一种基于潮间带无线传感器网络的压缩感知链路质量估计方法，步骤如下1)根据潮间带周期设定采样率，2)基站节点广播调度策略，3)普通节点根据调度策略测量链路质量并回传给基站，4)链路质量矩阵重建，5)路由更新。本发明通过利用潮间带潮水周期特性，设定较低的链路质量采样率测量链路质量，利用压缩感知技术，恢复出精确的完整两路质量。整个过程大幅减少了传统策略中全测量机制带来的能量消耗，用更少的能量消耗获取了精确的链路质量矩阵，有效延长了无线传感器网络寿命。

技术领域

本发明属于无线传感器网络领域，具体涉及一种基于压缩感知的链路质量估计方法。

背景技术

无线传感器网络通常由一个具有无限能源和较强计算能力的基站和大量普通传感器节点组成。根据部署环境范围大小，节点间可通过单挑或多跳无线通信技术进行数据交换。目前，无线传感器网络已广泛应用于环境监测、智慧城市、智能家居等领域，如利用无线传感器网络进行森林火灾监控等。

本发明针对部署在潮间带这一特殊环境下的无线传感器网络。潮间带是指海水低潮线和高潮线中间的区域，是贻贝类生物等的栖息地。潮间带的物理环境复杂多变，潮水的涨落使得潮间带的温度、湿度、含氧度等物理参数变化剧烈。因此，在潮间带部署无线传感器网络对研究海洋生物生存环境以及环境监测有着重要意义。

在潮间带部署无线传感器网络面临诸多挑战。通常，建立一条可靠的传输路径需要对全局网络中节点间的通信质量有实时准确的估计。传统链路质量估计算法，包括RSSI，4-bits，LQE等，均要求在链路质量发生变化时，以较高采样率测量链路质量。由于潮间带环境变化剧烈，这些传统的链路质量估计方法也因链路的强动态性，表现出了较高的能耗和较低的可靠性，因此不能很好的适用于潮间带无线传感器网络中。

发明内容

本发明提出一种基于潮间带无线传感器网络的压缩感知链路质量估计方法，这种方法通过利用链路质量矩阵的稀疏性，利用少量的链路质量采样，最终恢复出完整的链路质量矩阵。根据恢复出的链路质量矩阵，该方法为节点提供了可靠通信路径，减少了链路质量估计上的能量消耗。

本发明的技术方案具体如下：一种基于潮间带无线传感器网络的压缩感知链路质量估计方法，包括如下步骤：

步骤(1)根据潮间带周期设定采样率。根据无线传感器网络部署的潮间带环境特性，选取合适的采样率。采样率越低，则能够节省更多的能量，默认一般设置采样率不低于0.6，采样率可以后续通过广播或单播的方式调整。

步骤(2)基站节点广播调度策略。根据步骤一选择的采样率，用户结合潮间带网络部署环境特点，选择相应的采样方法，并有基站节点生成节点调度策略。为适应不同潮间带网络部署环境，设计了两种采样方法。第一种采样方法是适用于网络在空间具有较强相关性的情况；第二种调度策略适用于网络在时间上具有较强相关性的情况。针对不同环境，用户选择相应采样方法，并与采样率一起广播给各节点。

步骤(3)普通节点根据调度策略测量链路质量并回传给基站。普通节点接收到基站广播的调度策略后，根据调度策略在规定的时间测量链路质量，并将测得结果回传给基站。该过程中所使用的链路测量技术和数据回传技术使用现有通用方法。

步骤(4)链路质量矩阵重建。基站收到普通节点回传的数据包，解析出链路质量部分的数据。利用压缩感知算法，在解析出的链路质量数据的基础上，恢复出当前时刻完整的链路质量矩阵。如果恢复出的链路质量矩阵的精度不足，基站会广播采样率更新指令，提高采样率以此提升恢复精度。

步骤(5)路由更新。根据恢复的链路质量矩阵，使用最短路径算法，计算每一个普通节点的最优路径。将计算出的最优路径与当前节点路径比较，如需更新，则发送路径更新包，指导节点更新数据传输路径。