無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)監(jiān)聽匹配抗干擾方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)監(jiān)聽匹配抗干擾方法，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)收發(fā)節(jié)點間的通信質(zhì)量與節(jié)能分析，屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)是一種綜合了無線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、嵌入式分布計算及智能信息處理等技術(shù)的新型測控網(wǎng)絡(luò)，能夠協(xié)作地對各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息進行實時監(jiān)測、感知和采集并傳送給用戶。
[0003]隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，在多種應(yīng)用場景中的抗干擾需求也越來越高。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用開放的通信媒介進行通信，并且無線傳感器節(jié)點通常暴露于室內(nèi)或室外的環(huán)境中，其不可避免地會受到來自環(huán)境中的其他通信設(shè)備的干擾或者人為惡意的干擾，使得傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信性能急劇下降。所以減少干擾、提高通信成功率是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)要考慮的基本問題。
[0004]目前，為了降低無線傳感器網(wǎng)的能耗，無線收發(fā)機不斷地處于工作和睡眠交替狀態(tài)，采用自適應(yīng)喚醒的方式來維持節(jié)點間的數(shù)據(jù)收發(fā)，但是在無線干擾的環(huán)境下，會造成錯誤監(jiān)聽，導(dǎo)致更多不必要的能耗，以及數(shù)據(jù)包的丟失。所以提升無線傳感器網(wǎng)絡(luò)收發(fā)節(jié)點間的抗干擾性能是亟待解決的關(guān)鍵問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信中的無線干擾，提出一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)監(jiān)聽匹配抗干擾方法。能有效避免在干擾環(huán)境下的錯誤監(jiān)聽，減少不必要的能耗，以及數(shù)據(jù)包的丟失。
[0006]本發(fā)明的構(gòu)思如下:利用信號場強監(jiān)測器(Received Signal StrengthIndiCator，RSSI)作為第一道過濾器，濾除信號強度低于設(shè)定值的干擾信號。根據(jù)自適應(yīng)無線喚醒協(xié)議在不同條件下對數(shù)據(jù)的接收狀況，窗口大小可以靈活調(diào)整的“自適應(yīng)監(jiān)測匹配窗口”來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。
[0007]為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)監(jiān)聽匹配抗干擾方法，具體步驟如下:
步驟I:初始狀態(tài)時，默認上一周期數(shù)據(jù)傳送成功，此時接收偵聽窗口最大，目標節(jié)點處于睡眠狀態(tài)；
步驟2:源節(jié)點發(fā)送喚醒信號，目標節(jié)點接收到喚醒信號后開啟數(shù)據(jù)收發(fā)機電源，數(shù)據(jù)收發(fā)機準備好接收數(shù)據(jù)；
步驟3:信號場強監(jiān)測器，即RSSI，測量無線信號強度；當RSSI監(jiān)測出的無線信號強度低于設(shè)定的閾值時，認為信道是空的，無干擾也無信號，不喚醒其余的功能模塊，此時周期計數(shù)器加I，同時判定周期是否大于M，若大于M，表明M個周期內(nèi)無干擾也無信號，接收偵聽窗口設(shè)為最小，目標節(jié)點進入睡眠狀態(tài)，若小于M，開始接收信號；當RSSI監(jiān)測出的無線信號強度高于設(shè)定的閾值時，此時接收偵聽窗口處于最大狀態(tài)，開始接收信號；
步驟4:目標節(jié)點接收源節(jié)點發(fā)送的信號，若信號接收成功，表明通信正常，接收偵聽窗口維持在最大，并返回步驟2繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行;若信號接收失敗，則表明信道存在干擾，接收偵聽窗口大小降級為中等，繼續(xù)監(jiān)聽；
步驟5:目標節(jié)點再次進入睡眠周期，等待下一次的喚醒；
步驟6:源節(jié)點再次發(fā)送喚醒信號，目標節(jié)點被喚醒，數(shù)據(jù)收發(fā)機準備好接收數(shù)據(jù)；
步驟7:RSSI測量無線信號強度；當RSSI監(jiān)測出的無線信號強度低于設(shè)定的閾值時，認為信道是空的，無干擾也無信號，不喚醒其余的功能模塊，此時周期計數(shù)器加1，同時判定周期是否大于M，若大于M，表明M個周期內(nèi)無干擾也無信號，接收偵聽窗口設(shè)為最小，目標節(jié)點進入睡眠狀態(tài)，若小于M，表明干擾存在，接收偵聽窗口維持在中等級大小，繼續(xù)監(jiān)聽；當RSSI監(jiān)測出的無線信號強度高于設(shè)定的閾值時，此時接收偵聽窗口處于中等狀態(tài)，開始接收信號；
步驟8:目標節(jié)點接收源節(jié)點發(fā)送的信號，若信號接收成功，表明通信正常，接收偵聽窗口設(shè)為最大，并返回步驟2繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行;若信號接收失敗，則表明干擾連續(xù)存在，接收偵聽窗口大小降到最小，繼續(xù)監(jiān)聽；
步驟9:目標節(jié)點再次進入睡眠周期，等待下一次的喚醒；
步驟10:源節(jié)點再次發(fā)送喚醒信號，目標節(jié)點被喚醒，數(shù)據(jù)收發(fā)機準備好接收數(shù)據(jù)；步驟11:RSSI測量無線信號強度，當RSSI監(jiān)測出的無線信號強度低于設(shè)定的閾值時，認為信道是空的，無干擾也無信號，返回步驟9，目標節(jié)點進入睡眠狀態(tài)；當RSSI監(jiān)測出的無線信號強度高于設(shè)定的閾值時，此時接收偵聽窗口處于最小狀態(tài)，開始接收信號；
步驟12:目標節(jié)點接收源節(jié)點發(fā)送的信號，若信號接收成功，表明通信正常，接收偵聽窗口設(shè)為最大，并返回步驟2繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行，若信號接收失敗，表明干擾存在，此時周期計數(shù)器加I，判定周期是否大于M，若大于M，表明M個周期內(nèi)一直有干擾，返回步驟6，接收偵聽窗口調(diào)大再試，若小于M，返回步驟9，目標節(jié)點進入睡眠。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點:
本發(fā)明所述方法采用了窗口大小可以靈活調(diào)整的“自適應(yīng)監(jiān)測匹配”，既避免了非堅持接收由于偵聽窗口小而導(dǎo)致的接收丟包率高，又避免了堅持接收在干擾較大的情況下過長的接收時間而導(dǎo)致的能量消耗大。本發(fā)明方法通過計數(shù)器統(tǒng)計接收節(jié)點的蘇醒次數(shù)，調(diào)整接收窗口的大小，防止了在干擾條件下，最小窗口已經(jīng)無法正確收到信號。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明方法中的無線喚醒協(xié)議在不同條件下的接收狀況圖。
[0010]圖2為本發(fā)明方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0011]下面將結(jié)合附圖進一步闡述本發(fā)明的具體實施例。
[0012]本發(fā)明在實際應(yīng)用中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信一般采用零中頻接收機，零中頻接收機的本振LO與有用RF信道的頻率相同，這樣該接收機的IF頻率為零，徹底消除了鏡像干擾。接收機被喚醒時，會有極短時間的RSSI信道采樣。采用RSSI高速采樣檢測，取得RSSI采樣值的時間很短，通常為波特率的倒數(shù)，高數(shù)據(jù)速率不但可以降低傳輸數(shù)據(jù)的時間，還可以節(jié)省監(jiān)聽的能耗。本發(fā)明適用于電磁環(huán)境復(fù)雜，負載較低，對延時和吞吐性能要求不高的場合。因自適應(yīng)喚醒在不同干擾條件下的接收條件是不一樣的，所以接收窗口會根據(jù)不同條件來自適應(yīng)調(diào)節(jié)大小。
[0013]圖1為自適應(yīng)喚醒在不同干擾條件下的接收狀況。如圖1(a)所示，在無信號也無干擾的情況下，接收窗口很小，信號場強檢測器RSSI的值為零，接收機蘇醒瞬間去采樣信道，若信道空，則馬上睡眠。圖1 (b)是有信號無干擾的情況下，信號場強檢測器RSSI的值為零，接收機被喚醒接收信號，窗口增大，沒有干擾，一次性接收成功，接收節(jié)點再發(fā)送確認信號ACK給源節(jié)點。為了避免多余等待避免機制，采用了盡可能短的幀作前導(dǎo)，短幀中包含序列號，接收機在偵聽到短幀后可以根據(jù)序列號估算睡眠時間，一直睡眠到喚醒幀結(jié)束時刻。當有連續(xù)干擾時，如圖1(c)，RSSI檢測出干擾信號強度低于設(shè)定的檢測閾值，濾除干擾信號，減少不必要的蘇醒以節(jié)省電能，接收失敗，窗口變小。在有干擾有信號且