一种基于SPRR的链路质量预测算法

链路质量的预测对无线传感器网络上层协议设计尤为重要,它为上层协议选择稳定,高质量的数据传输链路提供了充分的判断依据,然而RSSI、LQI等链路质量量度却存在着不同方面的不足.针对这个问题,在RSSI、LQI、RNP、PRR原理分析和性能比较的基础上,运用WMEWMA对PRR进行平滑化处理,综合考虑链路中的不对称性,提出...     

基于线性回归的无线传感器网络链路质量估计方法研究

针对无线传感器网络链路质量估计模型中回归算法复杂度高、缺少统一分类标准和公开数据集等问题,提出了一种基于EWMA和线性回归的链路质量估计方法ELR-LQE。以物理层获取的RSSI、LQI和SNR,以及包接收率PRR作为度量参数,分别在多种实验环境中采用不同的发射功率、竞争条件和部署方式采集数据,建立了链路质量估计数据集。通过最小值填充和EWMA对数据进行预处理,明显提高了回归模型的输入特征与链路质量的相关性。与现有方法相比,提出方法易于和网络层协议适配,并且复杂度较低,适合在资源有限的无线传感器网络节点中实现。实验结果显示,ELR-LQE具有较高的精度,在多种实验条件下平均的ME为4.6×10-2,R2为0.99。     

基于推理模型与指数加权卡尔曼滤波的链路质量估计

现有基于链路质量指示(LQI)的估计方法未能有效解决LQI参数波动较大的问题,并且所使用的LQI与收包率(PRR)的映射关系模型没有考虑实际物理意义。为此,通过推理LQI和PRR的理论关系,建立更具实际物理意义的双曲正切模型,并提出一种链路质量估计方法。通过指数加权卡尔曼滤波获得更为稳定的LQI估计值,再利用双曲正切模型对链路质量进行定量估计。实验结果表明,该方法能够更真实地反映链路质量,与LETX、K-CCI方法相比,其估计误差在不同质量链路下降低了11.21%~52.26%。     

基于卡尔曼滤波的移动节点定位研究

基于RSSI(received signal strength indication)的定位方法由于成本低廉而得到了广泛的应用,但其容易受到环境因素的影响使得定位精度下降。针对这个问题,提出了一种基于卡尔曼滤波的移动节点定位方法。简要介绍了卡尔曼滤波技术,在RSSI定位的基础上,建立了移动节点的运动模型,对所建模型进行了滤波稳定性的分析。采用Matlab软件对运动模型进行卡尔曼滤波仿真,结果表明,卡尔曼滤波可以有效地对移动节点跟踪定位。     

一种分布式的基于预留的多信道MAC协议

无线传感器网络(wireless sensor networks,WSNs)已经广泛应用于各个领域。许多领域利用了周期性数据汇聚,传感器节点周期性地产生数据包,通过一系列中继节点传输到汇聚节点。提出了一种分布式的基于预留的多信道MAC协议,称为R-MMAC协议,其中利用了预留机制和多信道通信机制,在多信道条件下,每个节点传输数据包时都将预留下一个数据包的传输,根据接收信号强度指示(received signal strength indication,RSSI)值选择自己的最佳信道进行预留。另外,还提出了针对预留时发生冲突的解决算法,利用信干噪比(signal to interference and noise ratio,SINR)和数据包接收率(packet reception rate,PRR)得到了预留的传输时间,从而降低了传感器节点到汇聚节点的传输时延和未来数据包的冲突概率。利用OMNET++5.3仿真工具对R-MMAC协议、X-MAC和EM-MAC协议进行了比较,结果表明R-MMAC协议实现了更低的端到端时延。     

一种突发性链路感知的自适应链路质量估计方法

高效、准确、实时而又稳定的链路质量估计是保证无线传感器网络上层协议性能的基础.针对复杂网络环境下高度动态变化的突发性链路,结合被动侦听和主动探测机制提出了一种突发性链路感知的自适应链路质量估计方法EasiLQE.节点通过周期性的发送控制分组,采用长周期主动探测机制探测链路的质量;同时,节点被动侦听RSSI均值,当低于某一阈值时,触发短周期链路质量探测过程.最后节点使用基于误差的滤波器(error-based filter, EF)估计链路在未来一段时间内的质量.实验结果表明,EasiLQE既能实时准确地感知突发性链路在短时间内的持续变化,又能平滑短暂地低幅度波动而保持良好的稳定性,同时维持较低的估计开销.     

基于优化RSSI精度的WSN加权质心定位算法

为消弱接收信号强度指示误差对无线传感器网络节点定位精度的影响,提出基于优化接收信号强度指示测距精度的加权质心定位算法。该算法根据接收信号强度指示（RSSI）和链路质量指示（LQI）在不同距离段的衰落曲线起伏的波动状况,采用分段测距的方法优化RSSI的测距精度,接着将优化后的距离值作为加权质心算法的权值因子对节点进行定位,进而提高定位精度。实验结果验证了该优化算法的有效性。     

基于LQI和RSSI改进的DV-Hop定位算法

首先介绍了无线传感器网络DV-Hop定位算法,针对该算法存在的一些不足进行了改进.然后引入LQI(Link Quality)和RSSI(Receive Single Strength)两种技术.接着,根据LQI与PRR(Packet Receive Rate)近似成线性变化的理论,对DV-Hop定位算法中获取的跳数信息进行重新确定,并且对6-4锚节点单跳通信的节点,利用RSSI模型修正节点到锚节点的距离.实验证明,改进后的定位算法提高了定位精度.     

基于LQI的WSN自适应差错控制方案

针对无线传感器网络(WSN)中信息传输误码率高和能量受限的问题,提出一种基于链路质量指示(LQI)的自适应差错控制方案。利用IEEE802.15.4协议的物理层规范为无线传感器网络提供精确的信道质量评估,根据LQI与误包率之间的数量关系,将信道质量非均匀地划分为8个等级,并选择8种BCH码与之对应,在节点通信过程中实时地选择最佳的BCH码作为纠错码。实验结果表明,该方案具有较高的能量效率,能够有效降低误包率。     

基于LQI的Zig Bee树型路由主动维护机制

Zig Bee树型路由中作为下一跳的父节点和子节点的信息储存在邻居表中,而目前邻居表的被动维护机制造成网络中父子关系对于变化剧烈的无线链路敏感性差,造成父子关系的维护不准确,增大网络中的丢包率.提出了一种基于链路质量指示值(LQI)的Zig Bee树型路由主动维护(LQI-TRAM)机制,并且引入电路中施密特触发器的思想增强链路质量判断的稳定性.在此机制下,节点主动检测与父子节点间的链路质量,在二者不适合做路由时主动断开连接,从而降低了丢包率.     

基于贴近度等级的链路质量评估方法

无线传感器网络中,链路具有波动性,为提高数据传输的准确率,可以通过链路质量评估避开差的链路。在目前的链路质量评估研究中,针对链路等级划分存在主观性和无统一性的问题,利用熵值法计算评估参数权重,消除主观因素在参数权重计算中的干扰。由于链路质量受多特征属性影响,采用贴近度分析法综合各种特征属性划分链路质量等级。在此基础上,提出一种基于贴近度等级的链路质量评估方法,采用类间离散度二叉决策树进行链路分类,建立了链路质量4级二叉树的支持向量机SVM评估模型。同时提出一种混合优化算法对核函数的参数寻优。实验结果表明,改进的参数寻优方法有效提高了模型评估的准确性,训练时间短;在多网络环境下,与基于LQI的链路质量评估模型和BP神经网络评估模型相比,该模型以较少的探测包更为准确地评估出链路质量,避免因发送大量探测包带来的能量开销,降低了能耗,具有很好的环境适应能力。     

基于LQI权重和改进粒子群算法的室内定位方法

为解决无线传感网络节点在室内定位中由非视距和多径传输等因素导致定位误差较大的问题,提出了基于三角函数的粒子群算法.针对RSSI波动性引起的测距误差,利用LQI和RSSI值之间的关系对RSSI值进行优化,提出了基于LQI权重的RSSI测距算法.改进的粒子群算法相比较于标准粒子群算法优化了权重模型和速度更新策略,避免陷入局部最优值情况.在对算法进行仿真实验后,进一步将其运用到Zigbee平台的定位实验,通过实测实验证明该算法在测试环境下平均定位误差在0.5m以内,相比于LSE和标准PSO算法,获得较好的定位效果.     

基于EWMA的无线传感器网络路由度量性研究

选择有效的路由量度方法对于提高无线传感器网络的路由性能而言至关重要.本文首先通过实验研究,发现了无线传感器网络的通信链路存在着高丢失率、非对称性等特点,并分析了LQI、RSSI与收包率关系;由此提出了基于EWMA的LETX路由度量算法.最后,将此度量算法应用于AODV协议中,仿真结果表明本文提出的LETX路由量度方法是一种保证可靠性的前提下节省网络能量的量度方法,能够为无线传感器网络高效路由协议的设计提供有价值的参考.     

无线传感器网络跳数和通信距离自适应差错控制策略

无线传感器网络(WSNS)的动态信道特性、网络带宽和节点能量受限等特点,使得在无线环境下为数据传输提供可靠性保证面临更大的挑战.本文提出一种适用于WSNS的自适应链路层差错控制策略(AEC-Hops/RSSI),以便改善WSNS的通信性能.首先建立数学模型,分析数据帧被转发所经历的跳数与能效的变化规律,然后分析前向纠错...     

一种基于ARIMA的无线传感器网络链路质量预测方法

针对无线传感器网络里上层协议选择数据链路的问题,提出一种采用ARIMA(差分自回归滑动平均模型)模型的EPRR算法,首先根据历史数据确定参数,然后综合考虑链路中的不对称性对PRR( Packet Reception Ratio)进行预测.实验证明,对比使用移动窗口平均模型对PRR的预测结果,该模型的预测准确度比SPRR( Smooth Packet Reception Ratio)算法有很大提高,并且能够较好地反映链路质量的变化趋势.     

LABILE: link quAlity-based lexIcaL routing mEtric for reactive routing protocols in IEEE 802.15.4 networks

In this paper, we propose a lexical routing metric to enable path-wise link quality-aware routing in Wireless Sensor Networks (WSNs). The realization of this routing metric is achieved by applying the indexing techniques of formal language processing in multi-metric route classification and cost evaluation for WSNs. In particular, the metric is motivated from the fact that IEEE 802.15.4 networks are formed on links with highly variable quality, and selection of poor quality links degrades the data delivery considerably. Although IEEE 802.15.4 supports link-level awareness through LQI, (a)?it remains unbeknownst at the path level, and therefore, (b)?its processing is link-local in scope. We propose LABILE, a composite routing metric, that is implemented through modifying RREQ and RREP structures of AODV to capture and convey two-state link information to destination which in turn is processed through an easy to compute routing lexicon and a corresponding lexical algorithm for path selection in case of availability of multiple paths. Multiple paths are represented in a path space through a proposed cost model that encompasses hop-count, weak links and a quantity weakness factor of each link, depending upon a thresholding mechanism which in turn declares a link to be either healthy (aka usable) or weak (aka unusable). Using the weakness factor, the success probability of data delivery over weak link turns out to be a fraction of success probability at healthy link. The mathematical model along with the experiments done for LABILE show that proposed composite metric and its parsing scheme together achieve link robustness consistently by evading the link failures, as the number of weak links is fairly reduced in lexical path as compared to the hop-count-based metric. Increased data delivery is obtained through preventing retransmissions as on failure-prone links.