无线传感器网络中自适应链路质量评估机制研究

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随着无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)技术的发展,其被广泛应用于国防军事、医疗卫生、环境监测、智能交通、精准农业等诸多领域。但是在实际的应用中,节点的部署环境复杂多变,节点间通信使用低功率的无线射频信号,容易受到噪声、干扰及多径效应的影响而导致数据包传输出错或者丢失。此外,节点一般采用干电池进行供电,电池的能量有限,一旦耗尽,将导致节点无法正常工作,甚至“死亡”。因此,需要引入链路质量评估机制,选择较好的链路来提高消息成功传输的概率,降低因数据重传而造成的能量消耗,提高节点的寿命,延长整个网络的生命周期。本文首先分析了导致无线传感器网络链路不可靠的因素,详细介绍了链路的特性及其对上层网络协议性能的影响,对现有链路质量评估方法进行深入的研究和分析。在此基础上,提出了一种自适应的链路质量评估方法(Adaptive LinkQuality Estimation, ALQE),采用EWMA(Exponentially Weighted Moving Average)模型作为基本的评估框架,将链路分为稳定链路和非稳定链路,使用被动侦听RSSI均值的方法判断当前链路的稳定状态,针对不同类型的链路采用不同的权值,来评估当前链路质量的好坏。实验结果表明,该方法在保证评估结果正确性和稳定性的,同时能够快速地对链路质量的变化做出响应,为路由协议的选择提供依据,且与原有的EWMA方法相比,没有增加额外的开销,提高了评估的性能,适用于资源受限的传感器节点。
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