[发明专利]一种基于简化理论模型的自适应无线链路质量估计方法

说明书

本发明公开了一种基于简化理论模型的自适应无线链路质量估计方法，周期性对信道进行扫描，获得信道噪声统计信息，更新链路质量估计参数，对链路质量进行估计。本发明方法将特定调制解调模式下的理论误码率模型与背景噪声统计均值相结合，具有较高的准确性，适用于不同的环境和数据包长度；不再需要离线训练和建模，可以实现自适应的在线链路质量估计；该方法只需要测量短时间内的背景噪声统计均值即可对模型进行更新，具有较低的通信和计算开销；该方法还对理论模型进行了有效的数学简化，进一步降低计算开销，能够用于能力有限的无线个域网设备。本发明提出的理论模型简化方法可用于任何基于Q函数或误差函数的调制解调模式，具有普适性和扩展性。

技术领域

本发明涉及低功率无线通信领域，尤其涉及一种基于简化理论模型的自适应无线链路质量估计方法。

背景技术

无线个域网(WPAN，WirelessPersonalAreaNetwork)是构成物联网感知层的重要技术之一，具有广阔的市场前景。比如，无线个域网技术ZigBee(基于IEEE 802.15.4标准)是实现无线传感器网络(WSN，Wireless Sensor Network)的最主要技术，目前已经被成功应用于军事侦查、环境监测、工业生产和医疗保健等诸多领域。这类网络使用的射频收发机发射功率通常较低，因此其链路质量很不稳定。为了提升网络传输的效率，需要进行实时、准确的链路质量估计，以帮助寻找到最佳的端到端路由。

收包率(PRR，Packet Reception Ratio)能最直接地反映链路质量的好坏，但其需要较长的时间才能收敛，因此并不能满足链路质量估计的实时需求。通过射频收发机提供的物理层参数，例如接收信号强度指示(RSSI，Received Signal Strength Indicator)、链路质量指示(LQI，Link Quality Indicator)等，建立与PRR的映射关系模型，可以快速地对链路质量进行估计。

使用物理层参数与PRR映射关系模型的现有链路质量估计方法，通常需要对特定条件下获得的测试数据进行离线建模，例如针对特定环境或特定数据包长度。这种基于离线建模得到的链路质量估计方法仅适用于特定条件。如果在线建立物理层参数与PRR的映射关系模型，则需要监听和统计大量的网络数据包，这往往会产生巨大的通信及计算开销，因此并不适用于能力有限的无线个域网设备。基于此，一种开销低、准确性高且不需要离线建模的自适应无线链路质量估计方法是必要的。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种基于简化理论模型的自适应无线链路质量估计方法，只需要测量较短时间内背景噪声的分布与接收信号强度指示的均值，并对理论模型进行数学简化，具有较低的通信和计算开销。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于简化理论模型的自适应无线链路质量估计方法，包括步骤：

(1)扫描当前信道，获得信道噪声统计信息，更新链路质量估计所需的参数，噪声样本的噪声均值N_m；

(2)从当前节点的邻居节点集合中选择需要进行链路质量估计的邻居节点Node_i；

(3)统计时间窗口t₃内，该邻居节点Node_i发送的数据包到达当前节点时所有的数据包长度集合L＝{l₁,l₂,…,l_j,…}，并统计长度相同的数据包的接收信号功率集合的集合R＝{RSSI₁,RSSI₂,…,RSSI_j,…}，其中，RSSI_j为该时间窗口下数据包长度为l_j时的接收信号功率集合；