CN114650623A - 一种ZigBee网络邻居节点间的PathCost数值生成的优化方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种ZigBee网络邻居节点间的PathCost数值生成的优化方法及系统，包括选取一定长度的时间窗T，并计算时间窗T内节点与邻居节点之间的通信成功率Ct；通过EWMA统计公计算每个节点与邻居节点之间的最新通信成功率；在运行AODVjr算法维护路由时，根据计算得到的最新通信成功率Pt与RSSI结合计算得到LQI；根据Routing Cost计算方法计算得到AODVjr算法使用的Path Cost。本发明的优点在于：在环境存在同频干扰的情况下，得到的LQI会与RSSI进行关联，使得得到的相应邻居节点Cost减小，使得AODVjr算法在获取路由链路时会避开收到干扰的节点。

Description

一种ZigBee网络邻居节点间的PathCost数值生成的优化方法 及系统
技术领域
本发明涉及Zigbee优化技术领域，尤其涉及一种ZigBee网络邻居节点间的PathCost数值生成的优化方法及系统。
背景技术
Zigbee网络常用的路由算法有Cluster-Tree算法，AODVjr算法，其中AODVjr算法是AODV算法的简化版，Mesh网络使用AODVjr算法维护路由，其中链路损耗依赖与相连路由两点之间的LQI(链路质量指示)；但是，目前许多市面上支持Zigbee基带的芯片并不支持LQI检测，在路由算法使用时只是简单的使用两点间的RSSI(接收信号的强度指示)映射到LQI，这种方式在环境存在同频干扰情况下的效果很差，因为在同频干扰的情况下，误码率大幅增加会导致LQI变差，但是设备收到的RSSI是不会变差的，即LQI的变化并不会关联到RSSI的变化，这就会导致路由连接的丢包明显变高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种ZigBee网络邻居节点间的PathCost数值生成的优化方法及系统，解决了现有简单的使用两点间的RSSI映射到LQI这种方式存在的不足。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种ZigBee网络邻居节点间的PathCost数值生成的优化方法，所述优化方法包括：
选取一定长度的时间窗T，并计算时间窗T内节点与邻居节点之间的通信成功率Ct；
通过EWMA统计公式Pt＝λCt+(1-λ)Pt-1统计计算每个节点与邻居节点之间的最新通信成功率，其中Pt为最新统计得到的成功率，Ct为最新时间窗内的统计成功率，Pt-1为上一次的统计成功率，λ为最新时间窗内的统计成功率的权重；
在运行AODVjr算法维护路由时，根据计算得到的最新通信成功率Pt与RSSI结合计算得到LQI；
根据Routing Cost计算公式
Figure BDA0003577926880000011
计算得到AODVjr算法使用的Path Cost。
所述计算时间窗T内节点与邻居节点之间的通信成功率Ct具体通过公式Ct＝Tsuccess/Ttotal*100计算，其中Ct为节点与邻居节点之间的通信成功率，Tsuccess为时间窗T内发送成功的数据包，Ttotal为时间窗T内发送的所有数据包。
通过计算公式LQI＝Pt*(Rt-Rmin)/(Rmax–Rmin)*255计算得到LQI，其中Pt为最新EWMA统计得到的成功率，Rt为最新数据包的接收RSSI，Rmin为芯片的接收灵敏度RSSI，Rmax为芯片饱和态RSSI。
一种ZigBee网络邻居节点间的PathCost数值生成的优化系统，它包括通信成功率计算模块、EWMA统计计算模块、LQI计算模块和Cost计算模块；所述通信成功率计算模块用于计算时间窗T内节点与邻居节点之间的通信成功率Ct；所述EWMA统计计算模块用于根据所述通信成功率计算模块得到的通信成功率Ct，结合EWMA统计计算每个节点与邻居节点之间的最新通信成功率；所述LQI计算模块用于在运行AODVjr算法维护路由时，根据计算得到的最新通信成功率Pt与RSSI结合计算得到LQI；所述Cost计算模块用于根据Routing Cost计算公式计算得到AODVjr算法使用的Path Cost。
本发明具有以下优点：一种ZigBee网络邻居节点间的PathCost数值生成的优化方法及系统，在环境存在同频干扰的情况下，得到的LQI会与RSSI进行关联，使得得到的相应邻居节点Cost减小，使得AODVjr算法在获取路由链路时会避开收到干扰的节点。
附图说明
图1为本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下结合附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本发明做进一步的描述。
Zigbee Mesh网络的路由算法AODVjr(Ad-Hoc On-Demand Distance VectorJunior，精简版按需距离矢量路由)，由源节点发送RREQ(路由请求)，并由源节点附近的邻居节点转发RREQ，根据最优的Path Cost建立反向路由，当RREQ到达目标节点后，目标节点回复RREP以单播的方式转发回源节点，在此过程中建立正向路由；其中，路由建立关键的参数即为邻居节点间的Path Cost。
如图1所示，本发明引入统计成功率结合RSSI的方法映射LQI替代单独的RSSI映射LQI，其中一种实时例涉及一种ZigBee网络邻居节点间的PathCost数值生成的优化方法，所述优化方法包括：
S1、选取一定长度的时间窗T，并计算时间窗T内节点与邻居节点之间的通信成功率Ct；其中，时间窗T选取需要满足窗口T大于20秒及数据包交互达10次以上时计算通信成功率。
S2、通过EWMA统计公式Pt＝λCt+(1-λ)Pt-1统计计算每个节点与邻居节点之间的最新通信成功率，其中Pt为最新统计得到的成功率，Ct为最新时间窗内的统计成功率，Pt-1为上一次的统计成功率，λ为最新时间窗内的统计成功率的权重，权重越大表明数据的时效性越强；其中，在选择λ可以建议优选20％，25％，45％。
S3、在运行AODVjr算法维护路由时，根据计算得到的最新通信成功率Pt与RSSI结合计算得到LQI；
S4、根据Routing Cost计算公式
Figure BDA0003577926880000031
计算得到AODVjr算法使用的Path Cost。
进一步地，计算时间窗T内节点与邻居节点之间的通信成功率Ct具体通过公式Ct＝Tsuccess/Ttotal*100计算，其中Ct为节点与邻居节点之间的通信成功率，Tsuccess为时间窗T内发送成功的数据包，Ttotal为时间窗T内发送的所有数据包。
进一步地，通过计算公式LQI＝Pt*(Rt-Rmin)/(Rmax–Rmin)*255计算得到LQI，其中Pt为最新EWMA统计得到的成功率，Rt为最新数据包的接收RSSI，Rmin为芯片的接收灵敏度RSSI，Rmax为芯片饱和态RSSI。
本发明的另一实施例涉及一种ZigBee网络邻居节点间的PathCost数值生成的优化系统，它包括通信成功率计算模块、EWMA统计计算模块、LQI计算模块和Cost计算模块；所述通信成功率计算模块用于计算时间窗T内节点与邻居节点之间的通信成功率Ct；所述EWMA统计计算模块用于根据所述通信成功率计算模块得到的通信成功率Ct，结合EWMA统计计算每个节点与邻居节点之间的最新通信成功率；所述LQI计算模块用于在运行AODVjr算法维护路由时，根据计算得到的最新通信成功率Pt与RSSI结合计算得到LQI；所述Cost计算模块用于根据Routing Cost计算公式计算得到AODVjr算法使用的Path Cost。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种ZigBee网络邻居节点间的PathCost数值生成的优化方法，其特征在于：所述优化方法包括：
选取一定长度的时间窗T，并计算时间窗T内节点与邻居节点之间的通信成功率Ct；
通过EWMA统计公式Pt＝λCt+(1-λ)Pt-1统计计算每个节点与邻居节点之间的最新通信成功率，其中Pt为最新统计得到的成功率，Ct为最新时间窗内的统计成功率，Pt-1为上一次的统计成功率，λ为最新时间窗内的统计成功率的权重；
在运行AODVjr算法维护路由时，根据计算得到的最新通信成功率Pt与RSSI结合计算得到LQI；
根据Routing Cost计算公式
Figure FDA0003577926870000011
计算得到AODVjr算法使用的Path Cost。
2.根据权利要求1所述的一种ZigBee网络邻居节点间的PathCost数值生成的优化方法，其特征在于：所述计算时间窗T内节点与邻居节点之间的通信成功率Ct具体通过公式Ct＝Tsuccess/Ttotal*100计算，其中Ct为节点与邻居节点之间的通信成功率，Tsuccess为时间窗T内发送成功的数据包，Ttotal为时间窗T内发送的所有数据包。
3.根据权利要求1所述的一种ZigBee网络邻居节点间的PathCost数值生成的优化方法，其特征在于：通过计算公式LQI＝Pt*(Rt-Rmin)/(Rmax–Rmin)*255计算得到LQI，其中Pt为最新EWMA统计得到的成功率，Rt为最新数据包的接收RSSI，Rmin为芯片的接收灵敏度RSSI，Rmax为芯片饱和态RSSI。
4.一种ZigBee网络邻居节点间的PathCost数值生成的优化系统，其特征在于：它包括通信成功率计算模块、EWMA统计计算模块、LQI计算模块和Cost计算模块；所述通信成功率计算模块用于计算时间窗T内节点与邻居节点之间的通信成功率Ct；所述EWMA统计计算模块用于根据所述通信成功率计算模块得到的通信成功率Ct，结合EWMA统计计算每个节点与邻居节点之间的最新通信成功率；所述LQI计算模块用于在运行AODVjr算法维护路由时，根据计算得到的最新通信成功率Pt与RSSI结合计算得到LQI；所述Cost计算模块用于根据Routing Cost计算公式计算得到AODVjr算法使用的Path Cost。
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