[发明专利]链路质量评估方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络基础协议领域，特别涉及一种应用于无线传感器网络的链路质量评估方法及其系统。

背景技术

无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种全分布式系统，众多的传感器节点随机部署于各个监控区域，传感器节点之间以无线自织方式构成网络，其间的相互通信使用的是低功率的无线射频信号即电磁波。无线电波的各种特性例如波的反射，衍射，以及由于反射所引起的多径效应等，加上其传输所处的环境十分复杂多变以及干扰信号的存在，使得节点间的通信质量受到严重的影响和制约，从而导致节点间的链路具有随机性和不稳定性。为了保证网络高效稳定的运行，减少这种由链路的各种因素造成的影响以及提高网络通信的整体性能，这就使得对链路质量进行评估就成为了必须。

在无线传感器网络中，链路质量评估（Link Quality Evaluation，LQE）受到许多因素共同影响：链路处于射频过渡区域、射频通道时变性质、多径干扰、链接不对称、和硬件差异。无线传感器网络的链路质量评估相比传统无线Mesh网络和Ad-Hoc网络面临更大的挑战：1）、节点的能量有限，大部分应用不提供能量补给且要求长期工作，如何提高能量效率是链路质量评估面临的主要挑战之一；2）、现有无线传感器网络属于窄带通信，低劣的链路质量估计将导致大于200%的网络减速，链路质量评估需要优先考虑减少网络通信负载；3）、链路质量受节点自身和外界影响因素复杂。

目前，从获取链路质量评估参数角度，可将链路质量评估方法分为三类：基于硬件的链路质量评估（Hardware-Based LQE）、基于软件的链路质量评估（Software-Based LQE）、以及综合链路质量评估（Hybrid Approach LQE）。

基于硬件链路质量评估是利用硬件层提供的链路信息，这些信息有些是硬件电路通过电平转换直接获取，如RSSI（Received Signal Strength Indication，接收信号强度指示）、SNR（Signal-to-Noise Ratio，信噪比），有些是通过硬件层对采集信号编码的统计，如CCI（Co-Channel Interference，同道干扰）。它们的共同特点是不需要增加额外的计算，但这些信息受环境因素影响明显，相关实验研究表明通过基于硬件的评估方法精确度不高，这是因为：

①仅能从成功接收的包中获取；②基于包中局部比特位采样获得；③仅能粗糙定性的描述链路质量，无法精确表达链路质量的刻度。

基于软件链路质量评估是通过链路中接收节点统计包传递或重传的数量或概率获得，可以分为两类：①基于传输成功概率的统计，如包接收率PRR；②基于包数量的统计，如ETX、RNP。通过在WSN中持续发送一定数量的广播探测包（Boardcast Active Packet，BAP），通过统计包交付率PDR反映链路的质量状况，增大了通信开销且对瞬间链路质量的反映不够灵敏。

综合链路评估是借助硬件层提供的廉价且灵敏的信道信息又能通过统计PDR获取较准确的链路质量，其中比较著名的有Four-bit和F-LQE。Four-bit利用信道信息作为链路发现的依据，然后选取少量较好的链路进行PRR计算一定程度上减少了通信开销，但其并未真正综合利用多种信息结合全面考虑链路的其他特性。F-LQE综合利用了RSSI、PRR等多种测量方法能较全面的反映链路质量的准确性、稳定性、非对称性，但没有进一步指出各属性之间对链路质量的贡献度，各属性的平均值并不能适应无线传感器网络复杂多变的情况。

综上所述，目前的研究在获取链路质量方法，减少测量误差，提高方法能效等方面取得了一些进展，主要存在以下不足：1）、研究集中在单一性能方面的提高，还没有涉及到在各性能中寻求一个动态平衡；2）、在大规模WSN应用中，通过周期性广播Beacons获得的评估参数并不能反映瞬间链路质量，存在能耗高和易造成网络拥塞等弊端；3）、试图通过精确的模型在限定的场景下获得链路质量，无法回避影响链路质量复杂和变化的因素，尚未提出有效链路质量评估机制对不同场景的自适应能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于动态模糊神经网络的链路质量评估方法及其系统，用于解决现有技术中复杂度高、准确性低、自适应力弱、或者算法复杂度高等问题。