智能配电通信无线传感网络链路质量评估预测建模
发布时间：2020-07-08 23:09
【摘要】：由于无线传感器网络(WSNs)通信链路具有的状态过渡性和环境高度相关性,链路质量评估预测成为智能配电通信WSNs能否实现可靠传输的重要一环。文中通过建立智能配电通信WSNs链路质量评估预测模型,分析了模型的主要影响因素本底噪音扰动和信号强度衰减扰动。提出采用alpha-stable分布拟合本底噪音的方法,建立本底噪音扰动的数学模型;采用最小二乘法实时估计影响信号强度的环境参数,建立信号强度衰减扰动数学模型。最后,实验验证表明:建立的配电通信WSNs链路质量评估预测模型能准确评估和预测实际链路质量。
【图文】：
０个数据包（置信水平为９５％时，其ｔ分布反函数值为ｔ０．０２５（９９９８）＝１．９６０２，接近于样本空间无穷大时的值ｔ０．０２５（＋∞）＝１．９６００），每个数据包承载９０Ｂ，数据包发送间隔为５００ｍｓ，发射功率为４．５ｄＢｍ。采用一对ＷＳＮｓ收、发节点，分别以１，１．６，２．５，４，６．３，１０，１５．８，２５．１，３９．８ｍ的间距，测试９组数据通信的信号接收强度。计算配电线路环境下参数估计值的一元回归线如图３所示。图３配电环境ＲＳＳ一元线性回归线Ｆｉｇ．３ＳｉｍｐｌｅｌｉｎｅａｒｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｌｉｎｅｏｆＲＳＳｉｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ图３中红色直线是最小二乘估计的一元线性回归线，蓝色条形图是每组测试距离下测得ＲＳＳ的概率密度。由图３可以看出，一元线性回归曲线能较好地拟合相应测试结果。采用上述方法，分别采用式（６）—式（９）计算得出３种不同配电环境的路径损耗参数及９５％置信区间误差ε、阴影衰落参数和实际增益或损耗的估计值如表２所示。表２配电环境无线信号估计参数Ｔａｂｌｅ２Ｅｓｔｉｍａｔｅｄｐａｒａｍｅｔｅｒｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓｓｉｇｎａｌｉｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ配电环境＾ｎε（９５％）＾σＬ＾ｃ／ｄＢ城市配电线路２．４７０．００３１２．４４－１５．０９３５ｋＶ变电站２．２４０．００３０２．３７－１４．７８配电住宅小区２．３５０．００３３２．５８－１５．４３４实验验证本节采用模型理论计算与
４７０．００３１２．４４－１５．０９３５ｋＶ变电站２．２４０．００３０２．３７－１４．７８配电住宅小区２．３５０．００３３２．５８－１５．４３４实验验证本节采用模型理论计算与实验统计ＰＲＲ对比的方法验证提出的智能配电通信ＷＳＮｓ链路质量模型。实验采用基于ＣＣ２５３０的ＷＳＮｓ节点实验平台，其发射功率为４．５ｄＢ，采用３ｄＢｉ全向天线。实验中，节点静置于高于地面２ｍ的支架上。分别在配电线路、变电站和配电住宅小区中，将１０个节点等间距布置成如图４所示的结构。图４配电环境实验验证拓扑结构Ｆｉｇ．４Ｔｏｐｏｌｏｇｙｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ节点０为数据发送节点，并向其他节点发送数据，以１０００个数据为一组，共发送１０组。每个数据承载９０Ｂ，相邻两个数据发送间隔时间为１００ｍｓ，节点ｉ（ｉ＝１，２，…，９）为数据接收节点，其与节点０的物理距离布置为（１０ｉ）ｍ。节点ｉ完成以下工作。１）接收数据并根据发送数据的序列号，统计每组数据实际ＰＲＲ。２）读取每次接收数据包的无线信号强度时间序列，并添加到应答包，回复给节点０。３）在两次数据发送间隔空闲时间内，监听环境的本底噪音序列，计算拟合参数，添加到应答包，并回复给节点０。节点０根据式（２）和式（３）获取的ＲＳＳ信息和本底噪音，以及已知的节点间距布置，分别计算３种配电环境下本底噪音拟合参数，估计路径损耗、阴影衰落和实际损耗参数，代入链路质量评价模型。模型中其他参数选取
本文编号：2747013
【图文】：
０个数据包（置信水平为９５％时，其ｔ分布反函数值为ｔ０．０２５（９９９８）＝１．９６０２，接近于样本空间无穷大时的值ｔ０．０２５（＋∞）＝１．９６００），每个数据包承载９０Ｂ，数据包发送间隔为５００ｍｓ，发射功率为４．５ｄＢｍ。采用一对ＷＳＮｓ收、发节点，分别以１，１．６，２．５，４，６．３，１０，１５．８，２５．１，３９．８ｍ的间距，测试９组数据通信的信号接收强度。计算配电线路环境下参数估计值的一元回归线如图３所示。图３配电环境ＲＳＳ一元线性回归线Ｆｉｇ．３ＳｉｍｐｌｅｌｉｎｅａｒｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｌｉｎｅｏｆＲＳＳｉｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ图３中红色直线是最小二乘估计的一元线性回归线，蓝色条形图是每组测试距离下测得ＲＳＳ的概率密度。由图３可以看出，一元线性回归曲线能较好地拟合相应测试结果。采用上述方法，分别采用式（６）—式（９）计算得出３种不同配电环境的路径损耗参数及９５％置信区间误差ε、阴影衰落参数和实际增益或损耗的估计值如表２所示。表２配电环境无线信号估计参数Ｔａｂｌｅ２Ｅｓｔｉｍａｔｅｄｐａｒａｍｅｔｅｒｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓｓｉｇｎａｌｉｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ配电环境＾ｎε（９５％）＾σＬ＾ｃ／ｄＢ城市配电线路２．４７０．００３１２．４４－１５．０９３５ｋＶ变电站２．２４０．００３０２．３７－１４．７８配电住宅小区２．３５０．００３３２．５８－１５．４３４实验验证本节采用模型理论计算与
４７０．００３１２．４４－１５．０９３５ｋＶ变电站２．２４０．００３０２．３７－１４．７８配电住宅小区２．３５０．００３３２．５８－１５．４３４实验验证本节采用模型理论计算与实验统计ＰＲＲ对比的方法验证提出的智能配电通信ＷＳＮｓ链路质量模型。实验采用基于ＣＣ２５３０的ＷＳＮｓ节点实验平台，其发射功率为４．５ｄＢ，采用３ｄＢｉ全向天线。实验中，节点静置于高于地面２ｍ的支架上。分别在配电线路、变电站和配电住宅小区中，将１０个节点等间距布置成如图４所示的结构。图４配电环境实验验证拓扑结构Ｆｉｇ．４Ｔｏｐｏｌｏｇｙｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ节点０为数据发送节点，并向其他节点发送数据，以１０００个数据为一组，共发送１０组。每个数据承载９０Ｂ，相邻两个数据发送间隔时间为１００ｍｓ，节点ｉ（ｉ＝１，２，…，９）为数据接收节点，其与节点０的物理距离布置为（１０ｉ）ｍ。节点ｉ完成以下工作。１）接收数据并根据发送数据的序列号，统计每组数据实际ＰＲＲ。２）读取每次接收数据包的无线信号强度时间序列，并添加到应答包，回复给节点０。３）在两次数据发送间隔空闲时间内，监听环境的本底噪音序列，计算拟合参数，添加到应答包，并回复给节点０。节点０根据式（２）和式（３）获取的ＲＳＳ信息和本底噪音，以及已知的节点间距布置，分别计算３种配电环境下本底噪音拟合参数，估计路径损耗、阴影衰落和实际损耗参数，代入链路质量评价模型。模型中其他参数选取
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