[发明专利]一种物理环境传感器辅助的无线通信链路质量估计方法

说明书

一种物理环境传感器辅助的无线通信链路质量估计方法，首先读取当前物理环境传感器读数，在映射表中搜索并返回对应的链路质量记录；然后判断当前物理环境是否变化，如否则输出基于网络监听的链路估计器的返回结果，并根据该结果持续学习该物理环境下的链路质量，反之则判断上一次返回的链路质量记录是否为空，如是则利用当前学习结果更新对应的链路质量记录；并进一步判断当前返回的链路质量记录是否为空，如是则重设学习参数重新开始学习，并将基于网络监听的链路估计器的返回结果输出；反之则将映射表返回的链路质量记录作为输出。本发明可有效提高不稳定物理环境下链路质量估计的准确性。

技术领域

本发明涉及无线通信链路质量估计方法，特别是物理环境传感器辅助的无线通信链路质量估计方法。

背景技术

对无线通信链路进行质量估计是在无线网络中实现路由的关键技术之一，包括硬件和软件方法。目前的无线通信芯片均能提供硬件级的通信质量指标，如RSSI(ReceivedSignal Strength Indicator)和LQI(Link Quality Indicator)等。然而，由于硬件方法不考虑丢包的情况，因此往往容易高估链路质量。研究者提出了大量的软件方法来解决此问题。软件方法大多通过观察网络中数据包传输情况(即网络监听)，提供软件级的通信质量指标，如ETX(Expected Transmission Count)。软件方法大多依赖于网络的时间相关性，即近期的历史数据包发送情况代表了当前链路质量，主要可分为两类。一类被称为主动监听，即通过主动发送信标帧的方法对网络进行探测，如文献[1]C.E.Koksal andH.Balakrishnan,“Quality-aware routing metrics for time-varying wireless meshnetworks,”IEEE Journal on Selected Areas inCommunications,vol.24,no.11,pp.1984–1994,2006，即“时变无线网状网络中的质量感知路由指标”，和文献[2]X.Zhou,X.Ji,Y.C.Chen,X.Li,and W.Xu,“Less:Link estimation with sparse sampling inintertidal wsns,”Sensors,vol.18,no.3,p.747,2018，即“Less：潮汐无线传感器网络中基于稀疏采样的链路质量估计”。另一类则被称为被动监听，即通过已有的数据流量对网络进行观察，如文献[3]T.Liu and A.E.Cerpa,“Talent:Temporal adaptive linkestimator with no training,”in Proceedings of the 10th ACM Conference onEmbedded Networked Sensor Systems(SenSys’12).2012,pp.253–266，即“Talent：无需训练的时域自适应链路质量估计器”，和文献[4]T.Liu and A.E.Cerpa,“Data-driven linkquality prediction using link features,”ACM Transactions on Sensor Networks,vol.10,no.2,p.37,2014，即“基于链路特征的数据驱动链路质量预测”。某些方法，如文献[5]O.Gnawali,R.Fonseca,K.Jamieson,M.Kazandjieva,D.Moss,and P.Levis,“Ctp:Anefficient,robust,and reliable collection tree protocol for wireless sensornetworks,”ACM Transactions on Sensor Networks,vol.10,no.1,p.16,2013，即“Ctp：一种高效、鲁棒和可靠的无线传感器网络采集树协议”，则融合使用了主动和被动监听进行链路质量估计。然而，由于无线通信链路质量变化快，这类方法在低发包频率的网络中，性能会急剧下降。某些方法，如文献[6]S.M.Kim,S.Wang,and T.He,“Exploitingspatiotemporal correlation for wireless networks under interference,”IEEE/ACMTransactions on Networking,vol.25,no.5,pp.3132–3145,2017，即“在受干扰无线网络中利用时空相关性”，和文献[7]C.Caol,W.Gong,W.Dong,J.Yu,C.Chen,and J.Liu,“Network measurement in multihop wireless networks with lossy and correlatedlinks,”in Proceedings of the 2018 IEEE International Conference on ComputerCommunications(InfoCom’18).2018,pp.1340–1348，即“多跳无线网络中不可靠和相关链路的网络测量”，则考虑了链路的空间相关性，即临近链路的通信质量在同一时刻应该相近。然而，某些干扰，如障碍物，对于临近的链路会产生不同的影响，从而导致空间相关性失效，无法用于提升链路质量估计的准确性。