《無線感測器網路多信道鏈路時變特徵線上建模技術研究》是依託北京科技大學，由萬亞東擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：無線感測器網路多信道鏈路時變特徵線上建模技術研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：萬亞東
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
自適應跳頻作為提高網路可靠性的有效手段已成為無線感測器網路研究的熱點之一，由於無線鏈路可靠性具有時變特性，影響自適應跳頻成效的關鍵因素是對無線通信環境隨時間變化的準確刻畫。.研究發現，不同環境下鏈路時變特性雖然存在一定的統計規律，但統計參數因環境而不同。本課題通過線上建模和動態參數估計等技術實現對鏈路時變特徵的實時準確刻畫，為自適應跳頻算法提供可靠依據；同時研究基於模型預測的自適應跳頻技術，通過鏈路統計模型預測信道變化，確定可用頻道子集，提高跳頻可靠性，減少對已剔除信道的盲目檢測，節約通信資源。.本課題的研究將對複雜環境下感測器網路跳頻技術的發展產生重要影響，推動感測網在有高可靠要求領域的套用。
結題摘要
鏈路質量隨時間變化是無線感測器鏈路傳輸的一個典型特徵，對多頻道MAC協定、跳頻、路由路徑選擇等算法產生重要影響。本課題針對無線鏈路的時變特性進行研究，分析鏈路隨時間變化的統計規律，構建時變鏈路模型，對模型參數進行線上估計；基於時變模型，研究鏈路質量預測技術及其對重傳、路由的影響；並對自適應跳頻算法進行了分析。課題的創新成果如下： 1、針對鏈路傳輸特徵採集需求，建立了弱干擾採集平台與鏈路線上分析系統，設計實現線上模型上位機軟體，通過採集網路存儲的鏈路質量，按照LLSM模型進行事件分析、丟包率組成分析、鏈路轉移機率分析以及統計回歸。 2、針對典型無線環境，建立了時變鏈路統計模型，針對IEEE802.15.4射頻，對影響鏈路變化的“事件”分布、鏈路轉移等進行統計分析，同時對跳頻信道切換和多頻道鄰頻干擾進行了建模，在Omnet++中設計並實現了時變鏈路特徵模型、鄰頻干擾和信道切換時間模型，建立了多執行緒仿真系統框架。 3、建立了信道突發模型，提出一種重傳最佳化方法。計算可靠性時必須考慮鏈路丟包的分布特徵。鏈路的突發性實驗分析表明其符合Pareto 分布，分布參數α反應了不同丟包率下的丟包間隔分布情況。提出了鏈路突發性指標Dα（相關性距離），實驗得出，利用Dα 來最佳化重傳機制，相對於固定時隙重傳，可靠性平均提高6.3%，最高14.5%。 4、提出基於綜合評估的鏈路質量分類預測算法。針對以往以PDR，LQI等單因素分析，提出了一種基於模糊邏輯的綜合性鏈路質量指標FLI，並利用貝葉斯網路實現對無線鏈路質量的分類預測。實驗得出，基於FLI的分類預測器的平均預測精度約為85%，預測精度分布較均勻，克服了4C預測精度在分類界限處的畸變下滑現象。 5、提出IEEE802.15.4e的自適應跳頻算法和鏈路資源分配算法。針對DSME 方案，擴展ABT結構，實現了mesh網路的跳頻頻道分配算法及其分配衝突解決方案，適用於低密度網路；針對TSCH方案，提出了一種uRES鏈路資源分配算法，仿真表明算法在大規模網路中具有較好的收斂性，目前已在OpenWSN中使用。 基於本課題的鏈路時變特徵研究，參與IEEE TG4e的鏈路質量匯報，OpenWSN資源分配算法以及工業無線網路融合工作組HEATHROW的標準化工作。本課題的技術研究在鞍鋼4號線設計並部署惡劣環境下軋機檢測套用，解決了軋機溫度監測難題。
