《基於動態觀測器的無線感測網鏈路質量估計系統研究》是依託中國科學院大學，由秦飛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於動態觀測器的無線感測網鏈路質量估計系統研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：秦飛
- 依託單位：中國科學院大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
工業、軍事等複雜環境下的無線感測網對鏈路質量估計的準確性提出了更高的要求。與物理層的信道質量估計技術不同，鏈路質量估計多依靠數據包交換實現觀測與估計，其輸入參數經過無線收發器抽象，信息量有較大損失且疊加了非高斯的觀測噪音。這些因素導致了鏈路質量估計的複雜性。因此，我們突破傳統的以通信協定為主體、套用驅動的解決方案框架，提出套用狀態空間建模、系統辨識和動態觀測器的嶄新方法，將鏈路質量估計轉化為對狀態空間中未知狀態參數的最最佳化求解問題，從而將對無限長度的目標觀測與重建轉化為對有限參數的觀測估計與最佳化問題。本研究提出的方案能有效抑制觀測噪音影響、顯著提高估計系統效果、降低部署開銷。本研究是對前人重要研究成果的繼承與創新性拓展，為無線感測網鏈路質量估計開闢一條能夠提供嚴密的理論分析的研究途徑和框架性解決方案，從而支持無線感測網在高階複雜場景中的大規模推廣，為推動我國無線感測網產業發展貢獻力量。
結題摘要
工業、軍事等複雜環境下非平穩時變信道對無線感測網的鏈路質量估計準確性提出了更高的要求。本研究首先推導建立了無線感測器網路鏈路在多徑衰落環境下的信道模型理論體系，揭示了以RSSI為代表的傳統鏈路質量指標在此類場景下無法提供令人滿意的性能的本質原因。相應的本研究提出將非平穩的多徑信道變化映射到連續時變的Rician分布參數空間上來進行鏈路質量估計。為此，進一步研究了基於二維高斯混合模型的有調製IQ流Rician分布參數的最大似然估計方法。以此為基礎，建立增廣的狀態空間模型，從而將估計誤差映射為平穩的觀測噪音，將時變非平穩的鏈路質量動態過程映射為分段平穩的狀態噪音，進而設計動態觀測器來有效提高鏈路質量估計性能。基於NI USRP軟體無線電平台的工業現場實驗結果表明同等條件下動態觀測器方案的準確度顯著提高，且在不同場景下均保持穩定性能。該方案無需改動無線收發器射頻模擬電路，計算開銷低，能夠較為容易的固化到無線感測網收發器的數字部分中，從而提供準確穩定的鏈路質量估計指標，支持無線感測網在高階複雜場景中的大規模套用。
