專利名稱：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于rssi和lqi的快速切換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及短距離無線通信領(lǐng)域，特別涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇模型中移動(dòng)用戶 的切換方案，具體為一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于信號(hào)強(qiáng)度指示指標(biāo)RSSI和鏈路質(zhì)量指示 指標(biāo)LQI的快速切換方法，用于需要為移動(dòng)用戶提供高切換性能、低時(shí)延及低能耗的應(yīng)用 場景中。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種全新的信息獲取平臺(tái)，在信息獲取方面有著與其他網(wǎng)絡(luò)不 可比擬的優(yōu)勢，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種監(jiān)測對象的信息，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜 的指定范圍內(nèi)目標(biāo)檢測與跟蹤，可極大的彌補(bǔ)無線網(wǎng)絡(luò)信息采集方面的不足，具有快速展 開、抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn)，有著廣闊的應(yīng)用前景。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量低成本的微型節(jié)點(diǎn)組成，傳感器節(jié)點(diǎn)通常由電池供電且 長期工作在無人值守的環(huán)境中，通常無法更換電池。這就要求無線傳感器網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中， 有效管理和使用資源，減少能耗，最大限度的延長網(wǎng)絡(luò)壽命并確保網(wǎng)絡(luò)的連通性，獲得最長 的工作時(shí)間。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由傳感器節(jié)點(diǎn)、子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)和用戶組成。大量傳感器節(jié)點(diǎn)部署 在監(jiān)測區(qū)域并組建成網(wǎng)絡(luò)，利用具有移動(dòng)能力的節(jié)點(diǎn)來主動(dòng)的收集信息可以減少傳感器節(jié) 點(diǎn)到簇頭節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)從而節(jié)省能量，并且可以主動(dòng)到各子網(wǎng)中去收集信息以確保網(wǎng)絡(luò)的連 通性。也因此引入了對節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性管理以及越區(qū)切換方式的研究。傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)切換方法其切換步驟是第一步，使用信號(hào)強(qiáng)度指示 指標(biāo)RSSI作為切換的判決準(zhǔn)則，與系統(tǒng)預(yù)設(shè)參數(shù)進(jìn)行比較，如果達(dá)到系統(tǒng)門限值，則開始 進(jìn)行子網(wǎng)間切換；第二步，對傳感器網(wǎng)絡(luò)中的所有子網(wǎng)進(jìn)行掃描，選出性能最優(yōu)的子網(wǎng)作為 切換子網(wǎng)；第三步，完成子網(wǎng)間切換，如果切換失敗，則直接斷開連接。傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)切換方法，存在以下不足1)僅使用信號(hào)強(qiáng)度指示指標(biāo)RSSI作為切換的判決準(zhǔn)則，會(huì)產(chǎn)生誤切換或頻繁切換。由于RSSI受環(huán)境的影響較大，而且有時(shí)RSSI的變化并不是因?yàn)橐苿?dòng)用戶遠(yuǎn)離簇 頭節(jié)點(diǎn)造成的，也可能是因?yàn)槎鄠€(gè)移動(dòng)用戶競爭信道或者多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間信號(hào)干擾造成的， 所以僅依靠RSSI作為判決準(zhǔn)則參考量的方案往往會(huì)產(chǎn)生誤切換或頻繁切換，不但會(huì)使大 量網(wǎng)絡(luò)資源浪費(fèi)，而且會(huì)使丟包率增大以及網(wǎng)絡(luò)吞吐量下降，在極端的情況下還可能發(fā)生 服務(wù)長時(shí)間中斷的情況。2)當(dāng)確定需要切換時(shí)，移動(dòng)用戶在掃描階段需要掃描所有的子網(wǎng)，獲取其中的信 息，并決定向哪個(gè)子網(wǎng)切換，會(huì)造成時(shí)間上的浪費(fèi)。但現(xiàn)實(shí)情況是移動(dòng)用戶將接入的子網(wǎng)僅 需在相鄰的幾個(gè)子網(wǎng)中選擇即可，掃描所有子網(wǎng)不僅會(huì)造成時(shí)間上的浪費(fèi)，而且掃描階段 造成的時(shí)延最長，其達(dá)到整個(gè)切換時(shí)延的90%左右。3)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)如果由于某種原因?qū)е虑袚Q失敗，則直接斷開連接，重新開始整個(gè)切換過程，這樣不但會(huì)增大網(wǎng)絡(luò)能耗，降低網(wǎng)絡(luò)壽命及產(chǎn)生頻繁的信令交互，而且會(huì)使所提供 的服務(wù)中斷，尤其是給實(shí)時(shí)性要求較高的業(yè)務(wù)帶來無法容忍的后果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有的技術(shù)缺點(diǎn)，提出一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于信 號(hào)強(qiáng)度指示指標(biāo)RSSI和鏈路強(qiáng)度指示指標(biāo)LQI的快速切換方法，以減少掃描時(shí)延、切換時(shí) 延和數(shù)據(jù)丟包率，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量和延長網(wǎng)絡(luò)壽命。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)步驟包括如下(1)移動(dòng)用戶進(jìn)入無線傳感器網(wǎng)絡(luò)先發(fā)送掃描請求，再通過主動(dòng)掃描響應(yīng)獲取周 圍各子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度和鏈路質(zhì)量信息，并由各子網(wǎng)的信號(hào)強(qiáng)度和鏈路質(zhì)量信息， 計(jì)算出各子網(wǎng)的R值，將這些R值存入寄存器中，再從寄存器中選擇出R值最大的子網(wǎng)為將 要加入的子網(wǎng)，并發(fā)送關(guān)聯(lián)請求；(2)子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)用戶關(guān)聯(lián)請求中的用戶移動(dòng)狀態(tài)、請求的服務(wù)類型及當(dāng) 前的子網(wǎng)資源信息，決定是否允許該用戶加入其子網(wǎng)；如果允許用戶加入子網(wǎng)則轉(zhuǎn)到步驟 (3)，否則，則從寄存器中查找R值僅次于本次使用子網(wǎng)的子網(wǎng)為可用子網(wǎng)，發(fā)送關(guān)聯(lián)請求；(3)子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)向要求接入子網(wǎng)的用戶發(fā)送關(guān)聯(lián)響應(yīng)；(4)用戶根據(jù)其當(dāng)前業(yè)務(wù)的具體情況，向子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)提出帶寬使用申請，包括使 用保障時(shí)隙個(gè)數(shù)及使用時(shí)間；(5)子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)收到用戶的帶寬申請后，根據(jù)子網(wǎng)當(dāng)前狀況，判斷是否批準(zhǔn)該申 請；若在子網(wǎng)提供資源的能力之內(nèi)，則申請被批準(zhǔn)，并向用戶發(fā)送申請成功響應(yīng)，轉(zhuǎn)到步驟 (6)；若超出子網(wǎng)提供資源的能力，則向用戶發(fā)送當(dāng)前子網(wǎng)能提供的最大帶寬信息，轉(zhuǎn)到步 驟⑶；(6)用戶接到申請成功響應(yīng)，則開始使用子網(wǎng)資源，即接入子網(wǎng)，轉(zhuǎn)到步驟⑶；(7)用戶收到最大帶寬信息，則結(jié)合當(dāng)前業(yè)務(wù)量判斷是否加入子網(wǎng)，如果所提供的 最大帶寬能夠滿足業(yè)務(wù)的需求，則選擇加入該子網(wǎng)，開始使用子網(wǎng)的資源，轉(zhuǎn)到步驟(8)，否 則從寄存器中查找R值僅次于本次使用子網(wǎng)的子網(wǎng)為可用子網(wǎng)，轉(zhuǎn)到步驟(3)；(8)移動(dòng)用戶接入子網(wǎng)后，每隔T時(shí)刻，若移動(dòng)用戶與子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)之間有數(shù)據(jù)傳 輸，則簇頭節(jié)點(diǎn)直接從所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀中讀取信號(hào)強(qiáng)度指示指標(biāo)RSSI和鏈路質(zhì)量指示指 標(biāo)LQI值，生成R/ ；若無數(shù)據(jù)傳輸，則移動(dòng)用戶向子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)空的數(shù)據(jù)幀，從此 幀中讀出信號(hào)強(qiáng)度指示指標(biāo)RSSI和鏈路質(zhì)量指示指標(biāo)LQI值，生成R/ ；(9)用V與預(yù)先設(shè)置的系統(tǒng)門限值進(jìn)行比較，若V在門限區(qū)域內(nèi)，簇頭節(jié)點(diǎn)向移 動(dòng)用戶發(fā)送位置信息請求，移動(dòng)用戶接到此請求后，向簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送位置信息，轉(zhuǎn)到步驟 (10)；否則，轉(zhuǎn)到步驟(8)；(10)簇頭節(jié)點(diǎn)收到移動(dòng)用戶的位置信息后，預(yù)測用戶下一時(shí)刻位置，并通過移動(dòng) 節(jié)點(diǎn)下時(shí)刻的位置信息判斷切換過程是否被觸發(fā)；如果切換被觸發(fā)則轉(zhuǎn)到步驟(11)，否則 轉(zhuǎn)到步驟⑶；(11)原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)預(yù)測信息中下一時(shí)刻用戶的位置信息，向覆蓋此區(qū)域的 各新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送主動(dòng)掃描；并通過主動(dòng)掃描響應(yīng)獲取周圍各新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)的信號(hào) 強(qiáng)度和鏈路質(zhì)量信息，并計(jì)算出各子網(wǎng)的R〃值，存入寄存器中，再從寄存器中選擇出R〃值最大的子網(wǎng)為將要加入的子網(wǎng)，并發(fā)送關(guān)聯(lián)請求；(12)原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)移動(dòng)用戶類型，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及業(yè)務(wù)類型，向新子網(wǎng)簇頭節(jié) 點(diǎn)發(fā)送關(guān)聯(lián)請求，并提出帶寬申請；(13)新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)關(guān)聯(lián)請求中的帶寬申請，決定是否允許該用戶加入其子 網(wǎng)；如果允許用戶加入子網(wǎng)則轉(zhuǎn)到步驟(14)，否則，則從寄存器中查找R/值僅次于本次使 用子網(wǎng)的子網(wǎng)為可用子網(wǎng)，發(fā)送關(guān)聯(lián)請求并重復(fù)步驟(11)；(14)新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己所能提供的最大帶寬，決定是否允許移動(dòng)節(jié)點(diǎn)接 入；如果允許接入，則原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)通知用戶將切換到新子網(wǎng)，轉(zhuǎn)到步驟(15)；否則，則 從寄存器中查找RZ值僅次于本次使用子網(wǎng)的子網(wǎng)為可用子網(wǎng)，轉(zhuǎn)到步驟(12)；(15)若用戶得到進(jìn)行切換的命令，則直接接入新子網(wǎng)，開始使用子網(wǎng)資源并斷開 與原子網(wǎng)的連接；(16)用戶接入新子網(wǎng)后，如果原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)依然存有用戶的數(shù)據(jù)，則原子網(wǎng)簇 頭節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)發(fā)送給新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)，由其轉(zhuǎn)交給用戶；(17)如果遍歷完覆蓋區(qū)域的所有新子網(wǎng)，用戶的請求也得不到滿足，則用戶斷開 與原子網(wǎng)的連接，采用傳統(tǒng)的硬切換方式進(jìn)行切換。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的如下優(yōu)點(diǎn) (1)本發(fā)明由于使用了由信號(hào)強(qiáng)度指示指標(biāo)RSSI和鏈路質(zhì)量指示指標(biāo)LQI加權(quán)復(fù) 合后的R值做為系統(tǒng)預(yù)設(shè)參數(shù)，而不是傳統(tǒng)意義上僅用RSSI作為系統(tǒng)預(yù)設(shè)參數(shù)，在精度方 面LQI略高于RSSI，且兩者是隸屬于不同范疇的指示指標(biāo)，因而使用這種方法，可較大的提 高精度，避免誤切換。(2)本發(fā)明通過主動(dòng)掃描響應(yīng)獲取周圍各子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度和鏈路質(zhì)量信 息后，分別計(jì)算出各子網(wǎng)的R值并對其按照從大到小的順序排序存入寄存器，再通過各R值 進(jìn)行子網(wǎng)選取，可以有效的平衡網(wǎng)絡(luò)能量，延長網(wǎng)絡(luò)壽命；特別在對預(yù)加入子網(wǎng)和預(yù)切換子 網(wǎng)的選取出現(xiàn)失敗時(shí)，可以快速的恢復(fù)整個(gè)預(yù)加入或預(yù)切換流程，而不用斷開網(wǎng)絡(luò)后，再重 新掃描，可大大減小掃描延時(shí)、減少信令交互和降低整個(gè)系統(tǒng)開銷。(3)本發(fā)明由于在預(yù)切換時(shí)采用了對地理位置的預(yù)測，能精確的確定覆蓋移動(dòng)節(jié) 點(diǎn)下一時(shí)刻位置的子網(wǎng)，因此可大大的減少掃描子網(wǎng)個(gè)數(shù)；同時(shí)由于掃描時(shí)延占總切換時(shí) 延的90%，因此可較大的減小切換時(shí)延，對實(shí)時(shí)性要求較高的業(yè)務(wù)能提供較好的服務(wù)。(4)本發(fā)明使用了一種遞進(jìn)式判決準(zhǔn)則進(jìn)行切換判決，第一條件是判斷Y是否在 系統(tǒng)預(yù)設(shè)門限區(qū)域內(nèi)，達(dá)到第一條件后，觸發(fā)第二個(gè)條件，第二條件是判斷移動(dòng)節(jié)點(diǎn)下一時(shí) 刻的移動(dòng)位置是否超出了原子網(wǎng)的覆蓋范圍，一旦超出原子網(wǎng)的覆蓋范圍，則觸發(fā)切換。使 用本發(fā)明中的遞進(jìn)式判決準(zhǔn)則，可較大的提高切換判決的精度，避免誤切換和“乒乓效應(yīng)”。


圖1是本發(fā)明使用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)快速切換的總流程圖；圖3是本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)快速切換過程中，使用R值進(jìn)行預(yù)加入的子流程圖；圖4是本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)快速切換過程中，使用遞進(jìn)式判決準(zhǔn)則進(jìn)行切換的子流程 7
圖5是傳統(tǒng)移動(dòng)切換流程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。如圖1所示，本發(fā)明使用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由無線傳感器普通節(jié)點(diǎn)，子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)和移 動(dòng)用戶構(gòu)成。普通節(jié)點(diǎn)采集物理環(huán)境的信息并通過無線鏈路將信息傳給子網(wǎng)簇頭；子網(wǎng)簇 頭節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)將收到的信息進(jìn)行融合并合理分配子網(wǎng)的內(nèi)部資源；移動(dòng)用戶動(dòng)態(tài)的向網(wǎng)絡(luò)注 入查詢和收集信息。子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)間通過有線網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò)連接在一起，將各子網(wǎng)組合 在一起形成靈活，可擴(kuò)展的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可提供多種數(shù)據(jù)服務(wù)與應(yīng)用，并 支持多個(gè)移動(dòng)用戶同時(shí)使用網(wǎng)絡(luò)資源。參照圖2，本發(fā)明的具體實(shí)施步驟如下步驟1 用戶進(jìn)入無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過主動(dòng)掃描請求獲取網(wǎng)絡(luò)信息。步驟2 各子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)向用戶發(fā)送主動(dòng)掃描響應(yīng)。步驟3 用戶根據(jù)收到的主動(dòng)掃描響應(yīng)后，通過比較確定要加入的子網(wǎng)，并向該子 網(wǎng)的簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送關(guān)聯(lián)請求。參見圖3，本步驟的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下3a)移動(dòng)用戶從收到的主動(dòng)掃描響應(yīng)中獲取各子網(wǎng)的信號(hào)強(qiáng)度指示指標(biāo)RSSI和 鏈路質(zhì)量指示指標(biāo)LQI ；3b)通過各子網(wǎng)的信號(hào)強(qiáng)度指示指標(biāo)RSSI和鏈路質(zhì)量指示指標(biāo)LQI，采用如下公 式生成R:R = W1X RSSI+W2 X RSS I_L，其中，RSSI為實(shí)測出的各子網(wǎng)信號(hào)強(qiáng)度指示指標(biāo)，RSSI_L*由實(shí)測出的各子網(wǎng)的 鏈路質(zhì)量指示指標(biāo)LQI值導(dǎo)出的與RSSI同綱量的值，W1為RSSI的權(quán)值，W2為RSSI_L的權(quán) 值，且W1和W2的取值由移動(dòng)用戶與各子網(wǎng)之間的距離決定。3c)計(jì)算出各子網(wǎng)的R值后，按照從大到小的順序排序?yàn)镽l > R2 > R3 Rn 并存入寄存器中；3d)從寄存器中選出R值為Rm的子網(wǎng)作為預(yù)加入的子網(wǎng)，其中Rm為R1、R2、…、 Rn中未被選取過的最大的值；3e)向預(yù)加入子網(wǎng)的簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送關(guān)聯(lián)請求。步驟4:子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)用戶關(guān)聯(lián)請求中的用戶移動(dòng)狀態(tài)、請求的服務(wù)類型及 當(dāng)前的子網(wǎng)資源信息，決定是否允許該用戶加入其子網(wǎng)。該用戶的移動(dòng)狀態(tài)分為高速運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)、中速移動(dòng)狀態(tài)和低速移動(dòng)狀態(tài)；該用戶的業(yè)務(wù)類型分為實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。如果 允許用戶加入子網(wǎng)則轉(zhuǎn)到步驟5;否則從寄存器中查找可用子網(wǎng)，發(fā)送關(guān)聯(lián)請求并轉(zhuǎn)到步 驟3，具體實(shí)施方法如圖3所述3f)若不允許用戶加入子網(wǎng)，從寄存器中選出R值為Rlrt的子網(wǎng)作為預(yù)加入的子 網(wǎng)；然后轉(zhuǎn)到步驟3。步驟5 向預(yù)加入的子網(wǎng)發(fā)送關(guān)聯(lián)請求。步驟6 用戶根據(jù)當(dāng)前業(yè)務(wù)的具體情況，向子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)提出帶寬使用申請，其中包括使用時(shí)隙個(gè)數(shù)及使用時(shí)間；步驟7 子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)收到用戶的帶寬申請后，根據(jù)子網(wǎng)當(dāng)前狀況，判斷是否批準(zhǔn) 該申請，若在子網(wǎng)提供資源的能力之內(nèi)，則申請被批準(zhǔn)，并向用戶發(fā)送申請成功響應(yīng)，轉(zhuǎn)到 步驟8 ；若超出子網(wǎng)提供資源的能力，則向用戶發(fā)送當(dāng)前子網(wǎng)能提供的最大帶寬信息，轉(zhuǎn)到 步驟9 ；步驟8 用戶根據(jù)收到的子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)申請被批準(zhǔn)的信息，開始使用子網(wǎng)資源，轉(zhuǎn) 到步驟10 ；步驟9 用戶收到最大帶寬信息后，結(jié)合當(dāng)前業(yè)務(wù)量判斷是否加入子網(wǎng)，如果所提 供的最大帶寬能夠滿足業(yè)務(wù)的需求，則選擇加入該子網(wǎng)，開始使用子網(wǎng)的資源，轉(zhuǎn)到步驟 10 ；否則從寄存器中查找可用的子網(wǎng)，具體實(shí)施方法如圖3所述3f)若不允許用戶加入子網(wǎng)，從寄存器中選出R值為艮+2的子網(wǎng)作為預(yù)加入的子 網(wǎng)；3g)向預(yù)加入的子網(wǎng)發(fā)送關(guān)聯(lián)請求；然后再轉(zhuǎn)到步驟3。步驟10 用戶接入子網(wǎng)后，每隔T時(shí)刻，若相互之間有數(shù)據(jù)傳輸，則簇頭節(jié)點(diǎn)直接 從中讀取RSSI和LQI值，若無數(shù)據(jù)傳輸，則發(fā)送一個(gè)空的數(shù)據(jù)幀后，讀出RSSI和LQI值，并 采用如下公式生成R^R7 = w/Χ RSSI^w/X RSSI_L7,其中，RSSIy為實(shí)測出的移動(dòng)用戶的信號(hào)強(qiáng)度指示指標(biāo)，RSSIJ/為由實(shí)測出的移 動(dòng)用戶的鏈路質(zhì)量指示指標(biāo)LQI值導(dǎo)出的與RSSI同綱量的值，w/為RSSIy的權(quán)值，w/為 RSSIJ/的權(quán)值，且w/和w/的取值由子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間的距離決定。所述間隔 T的設(shè)定先默認(rèn)為0. 5s，再根據(jù)用戶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整，如果用戶的運(yùn)動(dòng)速度較快，則縮 短周期，如果用戶的運(yùn)動(dòng)速度較慢，則延長周期；步驟11 用R/與預(yù)先設(shè)置的系統(tǒng)門限值進(jìn)行比較，若R/在門限區(qū)域內(nèi)轉(zhuǎn)到步驟 12 ；若R/不在門限區(qū)域內(nèi)，則轉(zhuǎn)到步驟10 ；步驟12 簇頭節(jié)點(diǎn)向移動(dòng)用戶發(fā)送請求，要求發(fā)送其當(dāng)前位置信息；步驟13 移動(dòng)用戶收到位置發(fā)送請求后，向原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送位置信息；步驟14 簇頭節(jié)點(diǎn)收到移動(dòng)用戶的位置信息后，啟動(dòng)二階AR預(yù)測算法預(yù)測用戶下
時(shí)刻位置(雄)，沖))，并按照⑴)2+(r(0-沖))2 >廠，判斷切換過程是否被觸發(fā)， 其中，X(t)，Y(t)代表當(dāng)前子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)的平面位置信息，r代表當(dāng)前子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)的覆蓋 半徑，如果切換被觸發(fā)則轉(zhuǎn)到步驟15 ；否則轉(zhuǎn)到步驟10。上述步驟10至步驟14如圖4所
7J\ ο步驟15 原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)預(yù)測信息中下一時(shí)刻用戶的位置信息，向覆蓋此區(qū) 域的各新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送主動(dòng)掃描請求。步驟16 各子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)向原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送主動(dòng)掃描響應(yīng)。步驟17 原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的主動(dòng)掃描響應(yīng)確定移動(dòng)用戶將要加入的子 網(wǎng)，并向該子網(wǎng)的簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送關(guān)聯(lián)請求。本步驟的具體實(shí)施方法如圖3所示3a)原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)從收到的主動(dòng)掃描響應(yīng)中獲取各新子網(wǎng)的信號(hào)強(qiáng)度指示指標(biāo)
9RSSI和鏈路質(zhì)量指示指標(biāo)LQI ；3b)通過各新子網(wǎng)的信號(hào)強(qiáng)度指示指標(biāo)RSSI和鏈路質(zhì)量指示指標(biāo)LQI，采用如下 公式計(jì)算生成R〃 R" = W1" X RSSI"+w2" X RSSI_L"，其中，RSSI〃為實(shí)測出的各新子網(wǎng)的信號(hào)強(qiáng)度指示指標(biāo)，RSSI_L〃為由實(shí)測出的各 新子網(wǎng)的鏈路質(zhì)量指示指標(biāo)LQI值導(dǎo)出的與RSSI同綱量的值，Wl〃為RSSI〃的權(quán)值，w2〃為 RSSI_L〃的權(quán)值，且W1 〃和w2〃的取值由原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)與各新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)之間的距離決定。3c)將計(jì)算出的各子網(wǎng)的R 〃值，按照從大到小的順序排序?yàn)镽〃i > R〃2 >... > 尺^并存入寄存器中；3d)從寄存器中選出R〃值為R〃m的子網(wǎng)作為預(yù)加入的子網(wǎng)，其中R〃m為Ι "” R〃2，. . .，R〃n中未被選取過的最大的值；3e)向預(yù)加入子網(wǎng)的簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送關(guān)聯(lián)請求。步驟18 子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)關(guān)聯(lián)請求中的用戶移動(dòng)狀態(tài)、請求的服務(wù)類型及當(dāng)前 的子網(wǎng)資源信息，決定是否允許該用戶加入其子網(wǎng)，如果允許用戶加入子網(wǎng)則轉(zhuǎn)到步驟19 ； 否則從寄存器中查找可用子網(wǎng)，發(fā)送關(guān)聯(lián)請求，具體實(shí)施方法如圖3所述3f)若不允許用戶加入子網(wǎng)，從寄存器中選出R〃值為R〃m+1的子網(wǎng)作為預(yù)加入的 子網(wǎng)；3g)向預(yù)加入的子網(wǎng)發(fā)送關(guān)聯(lián)請求；然后轉(zhuǎn)到步驟17。步驟19 新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)向原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送關(guān)聯(lián)響應(yīng)。步驟20 原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)移動(dòng)用戶當(dāng)前業(yè)務(wù)的具體情況，向新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn) 提出帶寬使用申請，其中包括使用時(shí)隙個(gè)數(shù)及使用時(shí)間。步驟21 新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)收到原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)的帶寬申請后，根據(jù)子網(wǎng)當(dāng)前狀 況，判斷是否批準(zhǔn)該申請，若在子網(wǎng)提供資源的能力之內(nèi)，則申請被批準(zhǔn)，并向原子網(wǎng)簇頭 節(jié)點(diǎn)發(fā)送申請成功響應(yīng)，轉(zhuǎn)到步驟22;若超出子網(wǎng)提供資源的能力，則向原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn) 發(fā)送當(dāng)前子網(wǎng)能提供的最大帶寬信息，步驟23。步驟22 原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)申請被批準(zhǔn)的信息，轉(zhuǎn)到步 驟24。步驟23 原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)收到最大帶寬信息后，結(jié)合當(dāng)前業(yè)務(wù)量判斷是否加入子 網(wǎng)，如果所提供的最大帶寬能夠滿足業(yè)務(wù)的需求，則選擇加入該子網(wǎng)，轉(zhuǎn)到步驟24;否則從 寄存器中查找可用的子網(wǎng)，具體實(shí)施方法如圖3所述3f)若不允許用戶加入子網(wǎng)，從寄存器中選出R〃值為R〃m+2的子網(wǎng)作為預(yù)加入的 子網(wǎng)；3g)向預(yù)加入的子網(wǎng)發(fā)送關(guān)聯(lián)請求，然后轉(zhuǎn)到步驟17。步驟24 原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)通知用戶切換到新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)覆蓋的子網(wǎng)。步驟25 移動(dòng)用戶接入新子網(wǎng)后，開始使用子網(wǎng)資源并斷開與原子網(wǎng)的連接。步驟26 用戶接入新子網(wǎng)后，如果原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)依然存有用戶的數(shù)據(jù)，則原子 網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)發(fā)送給新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)，由其轉(zhuǎn)交給用戶。
10
步驟27 遍歷完覆蓋區(qū)域的所有新子網(wǎng)，如果用戶的請求得不到滿足，則用戶斷 開與原子網(wǎng)的連接，采用傳統(tǒng)的硬切換方式進(jìn)行切換。
權(quán)利要求
一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于RSSI和LQI的快速切換方法，包括如下步驟(1)移動(dòng)用戶進(jìn)入無線傳感器網(wǎng)絡(luò)后，先發(fā)送掃描請求，再通過主動(dòng)掃描響應(yīng)獲取周圍各子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度指示指標(biāo)RSSI和鏈路質(zhì)量指示指標(biāo)LQI信息，并由各子網(wǎng)的信號(hào)強(qiáng)度指示指標(biāo)RSSI和鏈路質(zhì)量指示指標(biāo)LQI信息，計(jì)算出各子網(wǎng)的R值，將這些R值存入寄存器中，再從寄存器中選擇出R值最大的子網(wǎng)為將要加入的子網(wǎng)，并發(fā)送關(guān)聯(lián)請求；(2)子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)用戶關(guān)聯(lián)請求中的用戶移動(dòng)狀態(tài)、請求的服務(wù)類型及當(dāng)前的子網(wǎng)資源信息，決定是否允許該用戶加入其子網(wǎng)；如果允許用戶加入子網(wǎng)則轉(zhuǎn)到步驟(3)，否則，從寄存器中查找R值僅次于本次使用子網(wǎng)的子網(wǎng)為可用子網(wǎng)，發(fā)送關(guān)聯(lián)請求；(3)子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)向要求接入子網(wǎng)的用戶發(fā)送關(guān)聯(lián)響應(yīng)；(4)用戶根據(jù)其當(dāng)前業(yè)務(wù)的具體情況，向子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)提出帶寬使用申請，包括使用保障時(shí)隙個(gè)數(shù)及使用時(shí)間；(5)子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)收到用戶的帶寬申請后，根據(jù)子網(wǎng)當(dāng)前狀況，判斷是否批準(zhǔn)該申請；若在子網(wǎng)提供資源的能力之內(nèi)，則申請被批準(zhǔn)，并向用戶發(fā)送申請成功響應(yīng)，轉(zhuǎn)到步驟(6)；若超出子網(wǎng)提供資源的能力，則向用戶發(fā)送當(dāng)前子網(wǎng)能提供的最大帶寬信息，轉(zhuǎn)到步驟(7)；(6)用戶接到申請成功響應(yīng)，則開始使用子網(wǎng)資源，即接入子網(wǎng)，轉(zhuǎn)到步驟(8)；(7)用戶收到最大帶寬信息，則結(jié)合當(dāng)前業(yè)務(wù)量判斷是否加入子網(wǎng)，如果所提供的最大帶寬能夠滿足業(yè)務(wù)的需求，則選擇加入該子網(wǎng)，開始使用子網(wǎng)的資源，轉(zhuǎn)到步驟(8)，否則從寄存器中查找R值僅次于本次使用子網(wǎng)的子網(wǎng)為可用子網(wǎng)，轉(zhuǎn)到步驟(3)；(8)移動(dòng)用戶接入子網(wǎng)后，每隔T時(shí)刻，若移動(dòng)用戶與子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)之間有數(shù)據(jù)傳輸，則簇頭節(jié)點(diǎn)直接從所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀中讀取信號(hào)強(qiáng)度指示指標(biāo)RSSI和鏈路質(zhì)量指示指標(biāo)LQI值，生成R/；若無數(shù)據(jù)傳輸，則移動(dòng)用戶向子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)空的數(shù)據(jù)幀，從此幀中讀出信號(hào)強(qiáng)度指示指標(biāo)RSSI和鏈路質(zhì)量指示指標(biāo)LQI值，生成R/；(9)用R/與預(yù)先設(shè)置的系統(tǒng)門限值進(jìn)行比較，若R/在門限區(qū)域內(nèi)，簇頭節(jié)點(diǎn)向移動(dòng)用戶發(fā)送位置信息請求，移動(dòng)用戶接到此請求后，向簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送位置信息，轉(zhuǎn)到步驟(10)；否則，轉(zhuǎn)到步驟(8)；(10)簇頭節(jié)點(diǎn)收到移動(dòng)用戶的位置信息后，預(yù)測用戶下一時(shí)刻位置，并通過移動(dòng)節(jié)點(diǎn)下時(shí)刻的位置信息判斷切換過程是否被觸發(fā)；如果切換被觸發(fā)則轉(zhuǎn)到步驟(11)，否則轉(zhuǎn)到步驟(8)；(11)原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)預(yù)測信息中下一時(shí)刻用戶的位置信息，向覆蓋此區(qū)域的各新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送主動(dòng)掃描；并通過主動(dòng)掃描響應(yīng)獲取周圍各新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度和鏈路質(zhì)量信息，并計(jì)算出各子網(wǎng)的R//值，存入寄存器中，再從寄存器中選擇出R//值最大的子網(wǎng)為將要加入的子網(wǎng)，并發(fā)送關(guān)聯(lián)請求；(12)原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)移動(dòng)用戶類型，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及業(yè)務(wù)類型，向新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送關(guān)聯(lián)請求，并提出帶寬申請；(13)新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)關(guān)聯(lián)請求中的帶寬申請，決定是否允許移動(dòng)用戶加入其子網(wǎng)；如果允許用戶加入子網(wǎng)則轉(zhuǎn)到步驟(14)，否則，則從寄存器中查找R//值僅次于本次使用子網(wǎng)的子網(wǎng)為可用子網(wǎng)，發(fā)送關(guān)聯(lián)請求并重復(fù)步驟(11)；(14)新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己所能提供的最大帶寬，決定是否允許移動(dòng)節(jié)點(diǎn)接入；如果允許接入，則原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)通知用戶將切換到新子網(wǎng)，轉(zhuǎn)到步驟(15)；否則，則從寄存器中查找R//值僅次于本次使用子網(wǎng)的子網(wǎng)為可用子網(wǎng)，轉(zhuǎn)到步驟(12)；(15)若用戶得到進(jìn)行切換的命令，則直接接入新子網(wǎng)，開始使用子網(wǎng)資源并斷開與原子網(wǎng)的連接；(16)用戶接入新子網(wǎng)后，如果原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)依然存有用戶的數(shù)據(jù)，則原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)發(fā)送給新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)，由其轉(zhuǎn)交給用戶；(17)如果遍歷完覆蓋區(qū)域的所有新子網(wǎng)，用戶的請求也得不到滿足，則用戶斷開與原子網(wǎng)的連接，采用傳統(tǒng)的硬切換方式進(jìn)行切換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速切換方法，其中步驟(1)所述的由各子網(wǎng)的信號(hào)強(qiáng)度和 鏈路質(zhì)量信息，計(jì)算出各子網(wǎng)的R值，采用如下公式計(jì)算R = W1XRSSRW2XRSSLL,其中，RSSI為實(shí)測出的各子網(wǎng)信號(hào)強(qiáng)度指示指標(biāo)，RSSI_L為由實(shí)測出的各子網(wǎng)的鏈路 質(zhì)量指示指標(biāo)LQI值導(dǎo)出的與RSSI同綱量的值，W1為RSSI的權(quán)值，W2為RSSI_L的權(quán)值， 且巧和W2的取值由移動(dòng)用戶與各子網(wǎng)之間的距離決定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速切換方法，其中步驟(1)所述的將這些R值存入寄存器 中，是按各子網(wǎng)R值從大到小的順序排序存入。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速切換方法，其中步驟(2)所述的用戶移動(dòng)狀態(tài)，包括高速 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、中速移動(dòng)狀態(tài)和低速移動(dòng)狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速切換方法，其中步驟(2)所述的用戶業(yè)務(wù)類型，包括實(shí)時(shí) 業(yè)務(wù)和非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速切換方法，其中步驟(8)所述的簇頭節(jié)點(diǎn)直接從所傳輸 的數(shù)據(jù)幀中讀取信號(hào)強(qiáng)度指示指標(biāo)RSSI和鏈路質(zhì)量指示指標(biāo)LQI值，生成R^采用如下公 式計(jì)算R7 = w/Χ RSSI^w/X RSSI_L7,其中，RSSIy為實(shí)測出的移動(dòng)用戶的信號(hào)強(qiáng)度指示指標(biāo)，RSSIJ/為由實(shí)測出的移動(dòng)用 戶的鏈路質(zhì)量指示指標(biāo)LQI值導(dǎo)出的與RSSI同綱量的值，w/為RSSIy的權(quán)值，w/為RSSI_ L7的權(quán)值，且w/和w/的取值由子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間的距離決定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速切換方法，其中步驟(10)所述的預(yù)測用戶下一時(shí)刻位置，是通過二階AR預(yù)測算法預(yù)測出用戶下時(shí)刻的位置坐標(biāo)(X(t)，y(t))。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速切換方法，其中步驟(10)所述的通過移動(dòng)節(jié)點(diǎn)下時(shí)刻的 位置信息判斷切換過程是否被觸發(fā)，采用如下公式判決{X{t)~x[t)f +{Y{t)-y[t)f >r2,其中，X(t)，Y(t)代表當(dāng)前子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)的平面坐標(biāo)信息，r代表當(dāng)前子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)的 覆蓋半徑，；φ) ,Mi)為用戶下時(shí)刻位置坐標(biāo)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速切換方法，其中步驟(11)所述的由各新子網(wǎng)的信號(hào)強(qiáng)度 和鏈路質(zhì)量信息，計(jì)算出各子網(wǎng)的R〃值，采用如下公式計(jì)算R" = w/7 X RSSI^+w/7 X RSSI_L/7,其中，RSSI〃為實(shí)測出的各新子網(wǎng)的信號(hào)強(qiáng)度指示指標(biāo)，RSSI_L〃為由實(shí)測出的各新子網(wǎng)的鏈路質(zhì)量指示指標(biāo)LQI值導(dǎo)出的與RSSI同綱量的值，Wl〃為RSSI〃的權(quán)值，w2〃為RSSI_ L〃的權(quán)值，且Wl〃和w2〃的取值由原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)與各新子網(wǎng) 簇頭節(jié)點(diǎn)之間的距離決定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于信號(hào)強(qiáng)度指示指標(biāo)RSSI和鏈路質(zhì)量指示指標(biāo)LQI的快速切換方法，主要解決傳統(tǒng)切換過程中切換判決精度低及時(shí)延大的問題。其實(shí)現(xiàn)步驟是1)使用由信號(hào)強(qiáng)度指示指標(biāo)RSSI和鏈路質(zhì)量指示指標(biāo)LQI加權(quán)復(fù)合后的R值做為系統(tǒng)預(yù)設(shè)參數(shù)；2)使用R值進(jìn)行子網(wǎng)選取，特別在出現(xiàn)預(yù)加入失敗時(shí)，能快速恢復(fù)預(yù)加入流程，減小掃描延時(shí)和信令交互次數(shù)；3)在預(yù)切換時(shí)對地理位置進(jìn)行預(yù)測，確定覆蓋移動(dòng)節(jié)點(diǎn)下一時(shí)刻位置的子網(wǎng)，減少掃描子網(wǎng)個(gè)數(shù)及切換時(shí)延；4)使用一種遞進(jìn)式判決準(zhǔn)則，在較大程度上避免誤切換和“乒乓效應(yīng)”。該方法可有效平衡網(wǎng)絡(luò)能量，延長網(wǎng)絡(luò)壽命，可用于對切換性能要求較高并對切換時(shí)延敏感的傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H04W36/14GK101883409SQ201010204178
公開日2010年11月10日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者劉陽, 吳洋, 寧奔, 龐遼軍, 房帥磊, 李京英, 李紅寧, 李鵬, 來齊齊, 楊亮, 裴慶祺, 謝敏 申請人:西安電子科技大學(xué)