一種無線傳輸中抗干擾的自適應(yīng)編解碼方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種無線傳輸中抗干擾的自適應(yīng)編解碼方法，步驟為：數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送原始數(shù)據(jù)并且設(shè)置超時的時間；數(shù)據(jù)接收節(jié)點(diǎn)在接收數(shù)據(jù)的同時對RSSI值進(jìn)行采樣；數(shù)據(jù)接收節(jié)點(diǎn)檢查收到的包是否正確，根據(jù)結(jié)果產(chǎn)生并發(fā)送相應(yīng)的反饋包給數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)；數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)接收反饋包，根據(jù)反饋包的類型決定下一步動作；數(shù)據(jù)接收節(jié)點(diǎn)接收編碼數(shù)據(jù),檢查數(shù)據(jù)正確性,結(jié)合之前收到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的解碼操作，向數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送反饋；數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)根據(jù)反饋?zhàn)龀鱿鄳?yīng)動作。
【專利說明】
-種無線傳輸中抗干擾的自適應(yīng)編解碼方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信領(lǐng)域，設(shè)及一種無線傳輸中抗干擾的自適應(yīng)編解碼方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線低功耗網(wǎng)絡(luò)通常由許多低功耗的通信節(jié)點(diǎn)組成，在通信過程中容易受到干 擾、噪聲的影響，降低了通信的可靠性。抵抗干擾影響，提高通信可靠性的方法典型的有自 動重傳機(jī)制。但是自動重傳機(jī)制開銷很大。如果包中發(fā)生的錯誤很少，重傳整個包就會將接 收者正確接收到的部分?jǐn)?shù)據(jù)也進(jìn)行傳輸;如果鏈路質(zhì)量很差，那么就需要很多輪的重傳來 保證接收者正確接收到包。
[0003] 前向糾錯碼技術(shù)在發(fā)送的包中添加一定量冗余數(shù)據(jù)，能夠在接收包發(fā)生一定程度 W下的錯誤時將其糾正，有利于減少重傳開銷。但是決定冗余量是個關(guān)鍵問題。如果冗余量 過少，在包錯誤率高的情況下無法將其恢復(fù)出來;如果冗余量過多，在包錯誤率低的情況下 會引入過多的額外開銷。
[0004] -種新的技術(shù)結(jié)合了自動重傳機(jī)制與前向糾錯碼的優(yōu)點(diǎn)。它在重傳時僅發(fā)送冗余 數(shù)據(jù)而非全部數(shù)據(jù)。當(dāng)沒有錯誤時，只需要發(fā)送完整的原始數(shù)據(jù);在錯誤率比較高時，可W 結(jié)合前一次接收錯誤的數(shù)據(jù)與重發(fā)的冗余數(shù)據(jù)，在一定程度上恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)，減少重傳 的輪次。
[0005] 但是，在上述方法中，如何決定冗余量依然是個關(guān)鍵問題。在無線網(wǎng)絡(luò)中，目前的 方法并沒有根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中干擾的嚴(yán)重程度來調(diào)整編碼的冗余度，不能在鏈路質(zhì)量很好或很壞 的情況下都W很小的額外代價達(dá)到高吞吐量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，提供一種減少無線低功耗網(wǎng)絡(luò)中干擾影響的 自適應(yīng)編解碼方法。
[0007] 本發(fā)明采用自適應(yīng)編解碼的方法來降低節(jié)點(diǎn)收發(fā)數(shù)據(jù)過程中干擾的影響，其具體 步驟包括：
[000引（1)數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送原始數(shù)據(jù)并且設(shè)置超時的時間。
[0009] (2)數(shù)據(jù)接收節(jié)點(diǎn)在接收數(shù)據(jù)的同時對RSSI(Receive signal strength indicator,接收信號強(qiáng)度)值進(jìn)行采樣，包括：
[0010] 21)在開始收包的同時，節(jié)點(diǎn)W-定頻率開始對RSSI值進(jìn)行采樣；
[0011] 22)在收包結(jié)束的同時，RSSI采樣結(jié)束，得到收包過程中的RSSI序列。
[0012] (3)數(shù)據(jù)接收節(jié)點(diǎn)檢查收到的包是否正確，根據(jù)結(jié)果產(chǎn)生并發(fā)送相應(yīng)的反饋包給 數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)，包括：
[OOK] 31)如果收到的包正確，向數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送ACK包；
[0014] 32)如果收到的包錯誤，數(shù)據(jù)接收節(jié)點(diǎn)由步驟2)得到的RSSI序列估算出該包發(fā)生 錯誤的嚴(yán)重程度，并將該值記錄在NAK包中發(fā)送給數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)。
[0015] (4)數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)接收反饋包，根據(jù)反饋包的類型決定下一步動作，包括：
[0016] 41)如果收到ACK包，一次通信過程結(jié)束；
[0017] 42)如果收到NAK包，使用一種系統(tǒng)可逆碼將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，得到編碼數(shù)據(jù)，將 編碼數(shù)據(jù)向接收節(jié)點(diǎn)發(fā)出。其中該系統(tǒng)可逆碼的參數(shù)根據(jù)NAK包中的信息決定；
[0018] 43)如果在超時時間內(nèi)沒有接收到反饋包，使用一種系統(tǒng)可逆碼將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行 編碼，得到編碼數(shù)據(jù)，將編碼數(shù)據(jù)向接收節(jié)點(diǎn)發(fā)出。其中該系統(tǒng)可逆碼的參數(shù)為一默認(rèn)值。
[0019] (5)數(shù)據(jù)接收節(jié)點(diǎn)接收編碼數(shù)據(jù)，檢查數(shù)據(jù)正確性。結(jié)合之前收到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行 相應(yīng)的解碼操作，向數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送反饋，數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)根據(jù)反饋?zhàn)龀鱿鄳?yīng)動作：
[0020] 51)如果解碼成功，發(fā)送ACK包，數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)收到之后一次通信結(jié)束；
[0021] 52)如果解碼失敗，發(fā)送NAK包，數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)收到之后重新從步驟1)開始。
[0022] 進(jìn)一步地，本發(fā)明在所述接收反饋包的步驟2)中，使用一種系統(tǒng)可逆碼編碼對原 始數(shù)據(jù)編碼并發(fā)送的過程按W下步驟進(jìn)行：
[0023] a)檢查收到的NAK包中攜帶的錯誤嚴(yán)重程度信息，W保證通信可靠性的前提下盡 量使得編碼出來的包盡可能小的原則選擇合適的編碼參數(shù)；
[0024] b)使用步驟a)中選擇的編碼參數(shù)對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，得到相應(yīng)的編碼數(shù)據(jù)包；
[0025] C)在步驟b)中產(chǎn)生的編碼數(shù)據(jù)包包頭加入步驟a)中選擇的編碼參數(shù)；
[0026] d)數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送該編碼數(shù)據(jù)包，設(shè)置超時時間，等待接收節(jié)點(diǎn)的反饋。
[0027] 本發(fā)明與【背景技術(shù)】相比，具有的有益效果是:通過在收包時候的進(jìn)行RSSI的采樣， 估計(jì)出在鏈路收到干擾時接收到的包的錯誤嚴(yán)重程度，進(jìn)而使得發(fā)送方在選擇編碼參數(shù)的 時候能夠在確保收包的高可靠性的同時降低發(fā)送編碼數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量。
【附圖說明】
[0028] 圖1是本發(fā)明自適應(yīng)編解碼的執(zhí)行流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[00巧]W下針對TelosB平臺，TinyOS系統(tǒng)，并采用系統(tǒng)可逆碼類別中的一種，RS(Reed Solomon，里德所羅口）編碼，為例進(jìn)一步說明本發(fā)明：
[0030] (1)數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送原始數(shù)據(jù)并且設(shè)置超時的時間。
[0031] (2)數(shù)據(jù)接收節(jié)點(diǎn)在接收數(shù)據(jù)的同時對RSSI(Receive signal strength indicator，接收信號強(qiáng)度)值進(jìn)行采樣，修改TinyOS的串口驅(qū)動之后使采樣率達(dá)到每個樣 本對應(yīng)IB^e。采樣步驟包括：
[0032] (2.1)在表示開始收包的SFD中斷觸發(fā)的時候，開始采集RSSI值；
[0033] (2.2)在表示停止收包的SFD中斷觸發(fā)的時候，結(jié)束RSSI值得采集。得到數(shù)據(jù)包W 及相應(yīng)的RSSI序列。
[0034] (3)數(shù)據(jù)接收節(jié)點(diǎn)通過CRC校驗(yàn)檢查接收的數(shù)據(jù)包是否正確：
[0(X3日](3.1)如果數(shù)據(jù)包正確，產(chǎn)生ACK包；
[0036] (3.2)如果數(shù)據(jù)包不正確，根據(jù)步驟(2)得到的RSSI序列估計(jì)錯誤嚴(yán)重程度的量化 值，并將該值置入NAK包中，包括=個階段：
[0037] (3.2.1)捜索RSSI序列中的最小值RSSLbase;
[003引 （3.2.2)將3551序列中的值分到^個范圍區(qū)間（1?551_6日36，1?551_6日36+2.5)， (RSSI_base+2.5，RSSI_base+4.5)，（RSSI_base+4.5，+W)。落在區(qū)間 1 中的RSSI值認(rèn)為其對 應(yīng)的Byte值沒有錯誤。落在區(qū)間3中的RSSI值認(rèn)為其對應(yīng)的Byte值是錯誤的，錯誤計(jì)數(shù)增 加。落在區(qū)間2中的RSSI值W(RSSI-RSSI_base-2.5)/(4.5-2.5)的概率認(rèn)為其對應(yīng)的Byte 值是錯誤的，相應(yīng)增加錯誤計(jì)數(shù)；
[0039] (3.2.3)將步驟(3.2.2)中得到的錯誤計(jì)數(shù)除W收到包的總Byte數(shù)，即得到錯誤程 度的度量值化；
[0040] (3.2.4)將化值置入NAK包的相應(yīng)字段中，向數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送該NAK包。
[0041] (4)數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)接收反饋包，根據(jù)反饋包的類型決定下一步動作，包括：
[0042] (4.1)如果收到ACK包，一次通信過程結(jié)束；
[0043] (4.2)如果收到NAK包，使用一種RS碼進(jìn)行編碼，得到編碼數(shù)據(jù)，將編碼數(shù)據(jù)向接收 節(jié)點(diǎn)發(fā)出。編碼參數(shù)的選擇包括W下步驟：
[0044] (4.2.1)從NAK包中提取化值；
[0045] (4.2.2)由化的值決定RS編碼中每個block的大小NW及每個block中信息位的大 小K，具體計(jì)算由公式（1)決定：
[0046] 公式(1)
[0047] (4.2.3)在得到RS編碼的參數(shù)N與K之后，節(jié)點(diǎn)使用RS(N，K)碼將原始數(shù)據(jù)編碼得到 編碼數(shù)據(jù)，生成必要的頭部信息，并在頭部加上N與K的值之后，將該編碼數(shù)據(jù)包發(fā)出。
[004引（4.3)如果在超時時間內(nèi)未收到反饋包，則選擇RS的編碼參數(shù)N= 14，K = 7，其余步 驟與(4.2)-致。
[0049] (5)數(shù)據(jù)接收節(jié)點(diǎn)接收編碼數(shù)據(jù)，進(jìn)行解碼W及反饋操作；
[0050] (5.1)如果編碼數(shù)據(jù)沒有發(fā)生錯誤，而且編碼數(shù)據(jù)包中取出的N=14，K = 7,由RS碼 的性質(zhì)，可W不需解碼，直接由該編碼數(shù)據(jù)得到原始數(shù)據(jù)，
[0051 ] (5.2)在其余情況下，進(jìn)行解碼操作，具體步驟如下：
[0052 ] (5.2.1)從編碼數(shù)據(jù)包包頭中取出N與K的值；
[0053] (5.2.2)使用RS(N，K)碼，將步驟(2)中得到的數(shù)據(jù)包W及步驟(5)中得到的編碼數(shù) 據(jù)包合并起來進(jìn)行解碼；
[0054] (5.2.3)解碼成功，得到原始數(shù)據(jù)包，發(fā)送ACK包；
[0化5] (5.2.4)解碼失敗，發(fā)送NAK包。
[0056] (6)數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)接收反饋包：
[0057] (6.1)如果收到ACK包，一次通信結(jié)束；
[005引（6.2)如果收到NAK包，則返回步驟(1)重新發(fā)送原始數(shù)據(jù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種無線傳輸中抗干擾的自適應(yīng)編解碼方法，其特征是包括如下步驟： (1) 數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送原始數(shù)據(jù)并且設(shè)置超時的時間； (2) 數(shù)據(jù)接收節(jié)點(diǎn)在接收數(shù)據(jù)的同時對接收信號強(qiáng)度RSSI值進(jìn)行采樣，包括： 21) 在開始收包的同時，節(jié)點(diǎn)以一定頻率開始對RSSI值進(jìn)行采樣； 22) 在收包結(jié)束的同時，RSSI采樣結(jié)束，得到收包過程中的RSSI序列； (3) 數(shù)據(jù)接收節(jié)點(diǎn)檢查收到的包是否正確，根據(jù)結(jié)果產(chǎn)生并發(fā)送相應(yīng)的反饋包給數(shù)據(jù) 發(fā)送節(jié)點(diǎn)，包括： 31) 如果收到的包正確，向數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送ACK包； 32) 如果收到的包錯誤，數(shù)據(jù)接收節(jié)點(diǎn)由步驟2)得到的RSSI序列估算出該包發(fā)生錯誤 的嚴(yán)重程度，并將該值記錄在NAK包中發(fā)送給數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)； (4) 數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)接收反饋包，根據(jù)反饋包的類型決定下一步動作，包括： 41) 如果收到ACK包，一次通信過程結(jié)束； 42) 如果收到NAK包，使用一種系統(tǒng)可逆碼將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，得到編碼數(shù)據(jù)，將編碼 數(shù)據(jù)向接收節(jié)點(diǎn)發(fā)出；其中該系統(tǒng)可逆碼的參數(shù)根據(jù)NAK包中的信息決定； 43) 如果在超時時間內(nèi)沒有接收到反饋包，使用一種系統(tǒng)可逆碼將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼， 得到編碼數(shù)據(jù)，將編碼數(shù)據(jù)向接收節(jié)點(diǎn)發(fā)出。其中該系統(tǒng)可逆碼的參數(shù)為一默認(rèn)值； (5) 數(shù)據(jù)接收節(jié)點(diǎn)接收編碼數(shù)據(jù)，檢查數(shù)據(jù)正確性，結(jié)合之前收到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng) 的解碼操作，向數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送反饋，數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)根據(jù)反饋?zhàn)龀鱿鄳?yīng)動作： 51) 如果解碼成功，發(fā)送ACK包，數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)收到之后一次通信結(jié)束； 52) 如果解碼失敗，發(fā)送NAK包，數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)收到之后重新從步驟1)開始。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線傳輸中抗干擾的自適應(yīng)編解碼方法，其特征在于在 所述接收反饋包的步驟(2)中，使用一種系統(tǒng)可逆碼編碼對原始數(shù)據(jù)編碼并發(fā)送的過程按 以下步驟進(jìn)行： a) 檢查收到的NAK包中攜帶的錯誤嚴(yán)重程度信息，以保證通信可靠性的前提下盡量使 得編碼出來的包盡可能小的原則選擇合適的編碼參數(shù)； b) 使用步驟a)中選擇的編碼參數(shù)對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，得到相應(yīng)的編碼數(shù)據(jù)包； c) 在步驟b)中產(chǎn)生的編碼數(shù)據(jù)包包頭加入步驟a)中選擇的編碼參數(shù)； d) 數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送該編碼數(shù)據(jù)包，設(shè)置超時時間，等待接收節(jié)點(diǎn)的反饋。
【文檔編號】H04L1/16GK105846971SQ201610157656
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月21日
【發(fā)明人】董瑋, 陳純, 卜佳俊, 俞杰, 傅凱博
【申請人】浙江大學(xué)