本發(fā)明涉及無線網(wǎng)絡(luò)鏈路質(zhì)量評估領(lǐng)域，具體涉及一種采用多屬性群決策理論評價(jià)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)鏈路質(zhì)量評估模型的方法。

背景技術(shù)：

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信的方式形成的一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在環(huán)境監(jiān)測、智能家居、智能物流等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)通常是一個(gè)帶有感知能力的微型嵌入式系統(tǒng)，其計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力、通信能力較弱，且要求具有盡可能長的工作時(shí)間。傳感器節(jié)點(diǎn)一般通過無線射頻進(jìn)行通信，所處的環(huán)境復(fù)雜多變且存在隨機(jī)的干擾信號，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)之間的鏈路是不可靠的，在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)會(huì)出現(xiàn)丟包現(xiàn)象。上層路由協(xié)議會(huì)依據(jù)由鏈路質(zhì)量評估模型計(jì)算得到的鏈路質(zhì)量選擇較好的鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不同的鏈路質(zhì)量評估模型對鏈路狀態(tài)發(fā)生變化的穩(wěn)定性和敏捷性不同，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)進(jìn)行不同次數(shù)的數(shù)據(jù)包重傳和路由選擇，對節(jié)點(diǎn)造成的能量消耗也不同。采用合理的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)鏈路質(zhì)量評估模型的性能評價(jià)方法，可以選擇有效的鏈路質(zhì)量評估模型，對獲取可靠的鏈路狀態(tài)，延長網(wǎng)絡(luò)的使用壽命，提高應(yīng)用系統(tǒng)的穩(wěn)定性顯得十分必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中鏈路質(zhì)量評估模型優(yōu)選的問題，本發(fā)明提供了一種采用多屬性群決策理論評價(jià)鏈路質(zhì)量評估模型的方法。即以穩(wěn)定性和敏捷性作為評價(jià)指標(biāo)，采用正負(fù)理想解法融合鏈路質(zhì)量評估模型的評價(jià)指標(biāo)，并利用理想貼近程度對綜合性鏈路質(zhì)量評估模型進(jìn)行排序。

本發(fā)明的思路是，根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對鏈路質(zhì)量評估模型的要求，將穩(wěn)定性和敏捷性作為鏈路質(zhì)量評估模型評價(jià)指標(biāo)，其中穩(wěn)定性反映評估模型對鏈路狀態(tài)發(fā)生變化的遲鈍型水平，敏捷性反映評估模型對鏈路狀態(tài)發(fā)生變化的及時(shí)性水平。以prr作為評估模型的穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)，以snr作為評估模型敏捷性標(biāo)準(zhǔn)，分別計(jì)算相同周期內(nèi)與評估結(jié)果的均方差作為評價(jià)指標(biāo)值；由于不同鏈路狀態(tài)下的鏈路質(zhì)量評估模型的性能具有差異性，收集多個(gè)鏈路狀態(tài)下的鏈路質(zhì)量參數(shù)，獲取各狀態(tài)下的決策矩陣，通過加權(quán)和方法融合為最終的決策矩陣；為了避免主觀因素對評價(jià)結(jié)果的干擾，采用熵權(quán)法計(jì)算評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，建立帶權(quán)重的決策矩陣，采用正負(fù)理想解的方法融合多個(gè)評價(jià)指標(biāo)的信息，并對鏈路質(zhì)量評估模型進(jìn)行排序優(yōu)選。

本發(fā)明的目的是這樣來實(shí)現(xiàn)的。一種采用多屬性群決策理論評價(jià)鏈路質(zhì)量評估模型的方法，其特征在于：鏈路質(zhì)量評估模型評價(jià)指標(biāo)體系的建立，采用熵權(quán)法和正負(fù)理想解法對綜合性鏈路質(zhì)量評估模型性能進(jìn)行量化，并依據(jù)量化結(jié)果對評估模型排序優(yōu)選，包括如下步驟：

(1)鏈路質(zhì)量評估模型評價(jià)指標(biāo)體系的建立，具體步驟如下：

a匯聚節(jié)點(diǎn)接收由發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包，記錄接收到的鏈路質(zhì)量基本參數(shù)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，包括：包接收率(prr，packetreceptionratio)、信噪比(snr，signalnoiseratio)、鏈路質(zhì)量指示(lqi，linkqualityindicator)和接收信號強(qiáng)度指示(rssi，receivedsignalstrengthindicator)，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；

b計(jì)算每個(gè)綜合性鏈路質(zhì)量評估模型對應(yīng)的鏈路質(zhì)量，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；

c采用計(jì)算評估模型的穩(wěn)定性；其中：lqe是標(biāo)準(zhǔn)化處理后的鏈路質(zhì)量，di(prr)是第i個(gè)周期的prr方差，di(lqe)是第i個(gè)周期的lqe方差；

d采用計(jì)算評估模型的敏捷性；其中：lqe是標(biāo)準(zhǔn)化處理后的鏈路質(zhì)量，di(snr)是第i個(gè)周期的snr方差，di(lqe)是第i個(gè)周期的lqe方差；

f記錄t個(gè)鏈路狀態(tài)下各評估模型的穩(wěn)定性和敏捷性，并采用加權(quán)和的方法對多個(gè)鏈路狀態(tài)下的決策矩陣進(jìn)行融合；

(2)采用熵權(quán)法對評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，具體步驟如下：

a對同一評價(jià)指標(biāo)下的屬性值分別進(jìn)行歸一化處理，建立標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣d；

b根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣，計(jì)算評價(jià)指標(biāo)j的熵，其中，m表示待評價(jià)的鏈路質(zhì)量評估模型的個(gè)數(shù)；k的計(jì)算方式為k＝1/lnm；dij是評估模型i對評價(jià)指標(biāo)j的歸一化后的屬性值；

c根據(jù)所有評價(jià)指標(biāo)的熵，計(jì)算每個(gè)評價(jià)指標(biāo)對應(yīng)的權(quán)重，n表示評價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)；

(3)采用正負(fù)理想解法對評估模型的性能進(jìn)行排序優(yōu)選，具體步驟如下：

a利用標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣d的每一列與其對應(yīng)的權(quán)重ωj相乘，獲取加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣v；

b確定正理想解和負(fù)理想解并計(jì)算鏈路質(zhì)量評估模型i的評價(jià)向量與正負(fù)理想點(diǎn)在n維空間中的euclid距離和n表示評價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)；

c計(jì)算鏈路質(zhì)量評估模型i與理想解相對接近程度以相對貼近程度為依據(jù)優(yōu)選鏈路質(zhì)量評估模型。

步驟1)中的c)中，在構(gòu)建穩(wěn)定性評價(jià)指標(biāo)時(shí)，采用n個(gè)周期內(nèi)prr的方差值與評估結(jié)果的方差值的均方差。

步驟1)中的d)中，在構(gòu)建敏捷性評價(jià)指標(biāo)時(shí)，采用n個(gè)周期內(nèi)snr的方差值與評估結(jié)果的方差值的均方差。

n的數(shù)量控制在10-20之間，一個(gè)周期內(nèi)的數(shù)據(jù)包數(shù)量控制在30-50之間。

步驟1)中的e)中，t的數(shù)量控制在4-6之間。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明建立了鏈路質(zhì)量評估模型的評價(jià)指標(biāo)體系，采用多屬性群決策理論對鏈路質(zhì)量評估模型的性能進(jìn)行量化，并依據(jù)量化結(jié)果對評估模型排序優(yōu)選。

附圖說明

圖1和圖2為不同傳輸功率下各鏈路質(zhì)量評估模型與prr的方差對比圖。

圖3和圖4為不同距離下各鏈路質(zhì)量評估模型與snr的方差對比圖。

圖5至圖10為各鏈路質(zhì)量參數(shù)和鏈路質(zhì)量評估模型對同一鏈路的評估效果圖。

具體實(shí)施方式

以下將參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

本優(yōu)選實(shí)例選取的鏈路評估模型有triangle評估模型、flqe評估模型和fourbit評估模型三種，記為a＝{a1,a2,a3}。將鏈路質(zhì)量評估模型的評價(jià)指標(biāo)穩(wěn)定性和敏捷性作為鏈路質(zhì)量的屬性集，記為c＝{c1,c2}。選取六個(gè)鏈路狀態(tài)對鏈路指令評估模型進(jìn)行評價(jià)，記為t＝{t1,t2,t3,t4,t5,t6}。

1)鏈路質(zhì)量評估模型評價(jià)指標(biāo)體系的建立，具體步驟如下：

a)匯聚節(jié)點(diǎn)接收由發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包，并記錄接收到的鏈路質(zhì)量基本參數(shù)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，包括prr、snr、lqi和rssi，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；

b)利用fourbit、triangle、flqe三個(gè)鏈路質(zhì)量評估模型分別計(jì)算不同距離下的鏈路質(zhì)量；

c)對每個(gè)鏈路質(zhì)量評估模型下的鏈路質(zhì)量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；

d)采用10個(gè)周期內(nèi)包接收率prr的方差值與評估結(jié)果的方差值的均方差，作為評估模型的穩(wěn)定性指標(biāo)，每個(gè)周期的數(shù)據(jù)包數(shù)量為30；

e)采用10個(gè)周期內(nèi)信噪比snr的方差值與評估結(jié)果的方差值的均方差，作為評估模型的敏捷性指標(biāo)每個(gè)周期的數(shù)據(jù)包數(shù)量為30；得到多屬性群決策矩陣如表1所示；

表1多屬性群決策矩陣

f)考慮到該場景中每一個(gè)鏈路狀態(tài)出現(xiàn)的概率相同，對每一個(gè)鏈路狀態(tài)選擇賦予相同的權(quán)重，即η(t1)＝η(t2)＝η(t3)＝η(t4)＝η(t5)＝η(t6)＝1/6；通過加權(quán)和的方法將多個(gè)狀態(tài)下的決策矩陣融合為多屬性決策矩陣；

2)采用熵權(quán)法對評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，具體步驟如下：

a)對所有評價(jià)指標(biāo)下的屬性值分別進(jìn)行歸一化處理，建立歸一化決策矩陣d；

b)利用權(quán)利要求書1中的熵權(quán)法計(jì)算得到的評價(jià)指標(biāo)權(quán)重分別為：ω1＝0.454891919556和ω2＝0.54510808444；

3)采用正負(fù)理想解法對評估模型的綜合性能進(jìn)行排序優(yōu)選，具體步驟如下：

a)利用標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣d的每一列與其對應(yīng)的權(quán)重ωj相乘，獲取加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣v；

b)確定正理想解v⁺＝{0,0}，負(fù)理想解v^-＝{0.33639681881,0.34870997113}，并計(jì)算每個(gè)鏈路質(zhì)量評估模型的評價(jià)向量與正負(fù)理想點(diǎn)在二維空間中的euclid距離；

c)利用權(quán)利要求書1中相對接近程度的計(jì)算方法，得到本優(yōu)選實(shí)施例中各鏈路質(zhì)量評估模型對應(yīng)的相對貼近程度為：c(a1)＝0.49945972776，c(a2)＝0.361473599869，c(a3)＝0.292680026820。

因此鏈路質(zhì)量評估模型的按評估性能優(yōu)劣從高到低的為triangle，flqe，fourbit，即triangle鏈路質(zhì)量評估模型為該場景下性能相對較優(yōu)的評估模型。

這樣本發(fā)明的鏈路質(zhì)量評估模型評價(jià)方法可以利用鏈路質(zhì)量評估模型的穩(wěn)定性和敏捷性建立評價(jià)指標(biāo)體系，通過多屬性群決策方法全面地評估鏈路質(zhì)量評估模型的性能。