无线链路质量评估及预测方法综述 PPT
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2、无线链路特性
2.2 无线链路的时间特性
➢ 多项研究表明在连通和非连通区域，链路质量随时间变化不大，且趋于稳定。 ➢ 在WSN中中间链路实测占一半以上，具有突发性（bursty），短期波动粒度为亚秒级。
• 在文献”The k-factor:inferring protocol performance using inter-link reception
无线链路质量评估及预测方法综述
Contents • 引言 • 无线链路特性 • 无线链路质量评估及预测方法 • 结语
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1、 引言
一、引言 1.1 为什么需要对链路质量进行有效的评估和预测？
➢ 辅助高层协议设计、保障网络性能的基础
➢ 辅助路由决策、网络切换、速率自适应以及支持不同网络间协作的关键技术
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2、无线链路特性
2.1 无线链路的空间特性
• 连通区域：链路具有高质量、高稳定性和对称性 • 过渡区域：或称为灰区 ，与中等链路对应，链路质量波动较大，且与距离无关，大
多不对称 • 非连通区域：该区域的链路质量较差，无法进行数据通信 M.K.Song等人在“Exploiting causes and effects of wireless link correlation for better performance”中将链路相关性出现的原因归结为： ➢ 不同通信技术间的干扰（CTI，Cross Technology Interference） ➢ 相关阴影衰弱（Corrleated Shadowing） ➢ 信干噪比（SINR，Signal to interference plus Noise Ratio）捕捉链路相关性 ➢ 逻辑回归构建链路相关性模型
sensor networks”文中提出基于自由空间和对数正态阴影相结合的路径衰落模型，结合误 比特率获得 PRR与通信距离之间的关系。 ➢ G．Carles等人在“Impact of LQI based routing metrics on the performance of a one-to-one routing protocol for IEEE 802.15.4 multihop networks”文中提出提出 LETX( LQI-based ETX) 方法，利用分段线性模型建立 LQI 与 PRR的映射关系。 ➢ M． Senel等人在“A kalman filter based link quality estimation scheme for wireless sensor networks”文中提出利用预先拟合的 SNR-PRR映射曲线，以 SNR为索引获得此时 的 PRR。 该方法的一些缺陷： ➢ 需要大量实测数据以及需要较大的时间窗拟合映射方程，无法适用于变化较大的网络环境。
三、无线链路质量评估及预测方法
3.1 链路质量评估和预测方法分类
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3、 无线链路质量评估及预测方法
3.2 经典硬度量和软度量 硬度量，指当节点收到分组时，物理层测量获得的无线参数，包括: ➢ 接 收 信 号 强 度 ( RSSI，Ｒadio Signal Strength Indicator) ➢ 信噪比( SNR，Signal to Noise Ｒatio) ➢ 链路质量指示( LQI，Link Quality Indicator) 软度量，使用数据链路层分组接收和重传的统计，包括： ➢ 分组接受率（PRR，Packet Reception Ratio） ➢ 分组发送的必要数量（RNP，Required number of Packet transmissions） ➢ 预期传输时间（ETX，Excepted Transmissions Time） ➢ 基于LQI的ETX（LETX，LQI-based ETX） ➢ 链路突发性度量指数β
correlation”中研究了不同分组间隔（IPI，Inter packet iterval）下，所有链路上PRR的分布。
实验结果表明随着IPI的增大，中间链路的数量也随着增大。
• 中间链路突发性特征的提出：
➢ 连续可用
离散可用
➢ 对无线链路的迅速变化做出反应
wenku.baidu.com
显著提高网络性能
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3、 无线链路质量评估及预测方法
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3、 无线链路质量评估及预测方法
3.3 经典硬度量存在的问题
➢ 硬度量参数是基于接收分组前几个符号位测量的，而非整个分组； ➢ 无线链路存在丢包和延迟，底层硬件驱动只有当有分组接收时才测量这些参数； ➢ 物理层参数容易受噪声、多径衰落和干扰等影响。
3.4 经典软度量的优缺点
➢ 软度量的优点：软度量优点是与硬件特性无关，能够直接体现网络性能。经典软度量方法对 于长期极好和极差链路的度量较为准确。
1.2 链路质量信息的需求
➢ 准确性 ➢ 敏感度 ➢ 能源使用效率 ➢ 稳定性 ➢ 信令开销
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2、无线链路特性
二、无线链路特性
➢ 空间特性 ➢ 时间特性 ➢ 非对称性 ➢ 干扰特性 2.1 无线链路的空间特性 早期研究无线链路的划分为好（连通）和坏（中断）两个等级。 D.Kotz等人在“The mistaken axioms of wireless-network research”这篇文章中指 出了二进制划分方法存在存在局限性并且提出了数据传输的各项异性特征。 J.Zhao 等人在“Understanding packet delivery performance in dense wireless sensor networks“文献中进一步将链路划分为三个区域：连通区域、过渡区域、非连通 区域。
➢ 软度度的缺陷：判断短期链路质量变化的准确性和敏感度较差。
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3、 无线链路质量评估及预测方法
构建映射关系的链路质量建模方法
在经典硬度量和软度量基础上，寻找物理层参数( 硬度量) 与距离、PRR等链路性能参数之间 的直接映射关系。 ➢ Y. Xu等人在“Exploring spatial correlation for link quality estimation in wireless
2、无线链路特性
2.2 无线链路的时间特性
➢ 多项研究表明在连通和非连通区域，链路质量随时间变化不大，且趋于稳定。 ➢ 在WSN中中间链路实测占一半以上，具有突发性（bursty），短期波动粒度为亚秒级。
• 在文献”The k-factor:inferring protocol performance using inter-link reception
无线链路质量评估及预测方法综述
Contents • 引言 • 无线链路特性 • 无线链路质量评估及预测方法 • 结语
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1、 引言
一、引言 1.1 为什么需要对链路质量进行有效的评估和预测？
➢ 辅助高层协议设计、保障网络性能的基础
➢ 辅助路由决策、网络切换、速率自适应以及支持不同网络间协作的关键技术
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2、无线链路特性
2.1 无线链路的空间特性
• 连通区域：链路具有高质量、高稳定性和对称性 • 过渡区域：或称为灰区 ，与中等链路对应，链路质量波动较大，且与距离无关，大
多不对称 • 非连通区域：该区域的链路质量较差，无法进行数据通信 M.K.Song等人在“Exploiting causes and effects of wireless link correlation for better performance”中将链路相关性出现的原因归结为： ➢ 不同通信技术间的干扰（CTI，Cross Technology Interference） ➢ 相关阴影衰弱（Corrleated Shadowing） ➢ 信干噪比（SINR，Signal to interference plus Noise Ratio）捕捉链路相关性 ➢ 逻辑回归构建链路相关性模型
sensor networks”文中提出基于自由空间和对数正态阴影相结合的路径衰落模型，结合误 比特率获得 PRR与通信距离之间的关系。 ➢ G．Carles等人在“Impact of LQI based routing metrics on the performance of a one-to-one routing protocol for IEEE 802.15.4 multihop networks”文中提出提出 LETX( LQI-based ETX) 方法，利用分段线性模型建立 LQI 与 PRR的映射关系。 ➢ M． Senel等人在“A kalman filter based link quality estimation scheme for wireless sensor networks”文中提出利用预先拟合的 SNR-PRR映射曲线，以 SNR为索引获得此时 的 PRR。 该方法的一些缺陷： ➢ 需要大量实测数据以及需要较大的时间窗拟合映射方程，无法适用于变化较大的网络环境。
三、无线链路质量评估及预测方法
3.1 链路质量评估和预测方法分类
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3、 无线链路质量评估及预测方法
3.2 经典硬度量和软度量 硬度量，指当节点收到分组时，物理层测量获得的无线参数，包括: ➢ 接 收 信 号 强 度 ( RSSI，Ｒadio Signal Strength Indicator) ➢ 信噪比( SNR，Signal to Noise Ｒatio) ➢ 链路质量指示( LQI，Link Quality Indicator) 软度量，使用数据链路层分组接收和重传的统计，包括： ➢ 分组接受率（PRR，Packet Reception Ratio） ➢ 分组发送的必要数量（RNP，Required number of Packet transmissions） ➢ 预期传输时间（ETX，Excepted Transmissions Time） ➢ 基于LQI的ETX（LETX，LQI-based ETX） ➢ 链路突发性度量指数β
correlation”中研究了不同分组间隔（IPI，Inter packet iterval）下，所有链路上PRR的分布。
实验结果表明随着IPI的增大，中间链路的数量也随着增大。
• 中间链路突发性特征的提出：
➢ 连续可用
离散可用
➢ 对无线链路的迅速变化做出反应
wenku.baidu.com
显著提高网络性能
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3、 无线链路质量评估及预测方法
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3、 无线链路质量评估及预测方法
3.3 经典硬度量存在的问题
➢ 硬度量参数是基于接收分组前几个符号位测量的，而非整个分组； ➢ 无线链路存在丢包和延迟，底层硬件驱动只有当有分组接收时才测量这些参数； ➢ 物理层参数容易受噪声、多径衰落和干扰等影响。
3.4 经典软度量的优缺点
➢ 软度量的优点：软度量优点是与硬件特性无关，能够直接体现网络性能。经典软度量方法对 于长期极好和极差链路的度量较为准确。
1.2 链路质量信息的需求
➢ 准确性 ➢ 敏感度 ➢ 能源使用效率 ➢ 稳定性 ➢ 信令开销
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2、无线链路特性
二、无线链路特性
➢ 空间特性 ➢ 时间特性 ➢ 非对称性 ➢ 干扰特性 2.1 无线链路的空间特性 早期研究无线链路的划分为好（连通）和坏（中断）两个等级。 D.Kotz等人在“The mistaken axioms of wireless-network research”这篇文章中指 出了二进制划分方法存在存在局限性并且提出了数据传输的各项异性特征。 J.Zhao 等人在“Understanding packet delivery performance in dense wireless sensor networks“文献中进一步将链路划分为三个区域：连通区域、过渡区域、非连通 区域。
➢ 软度度的缺陷：判断短期链路质量变化的准确性和敏感度较差。
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3、 无线链路质量评估及预测方法
构建映射关系的链路质量建模方法
在经典硬度量和软度量基础上，寻找物理层参数( 硬度量) 与距离、PRR等链路性能参数之间 的直接映射关系。 ➢ Y. Xu等人在“Exploring spatial correlation for link quality estimation in wireless