一种无线传输中抗干扰的自适应编解码方法
【专利摘要】本发明公开一种无线传输中抗干扰的自适应编解码方法，步骤为：数据发送节点发送原始数据并且设置超时的时间；数据接收节点在接收数据的同时对RSSI值进行采样；数据接收节点检查收到的包是否正确，根据结果产生并发送相应的反馈包给数据发送节点；数据发送节点接收反馈包，根据反馈包的类型决定下一步动作；数据接收节点接收编码数据,检查数据正确性,结合之前收到的原始数据进行相应的解码操作，向数据发送节点发送反馈；数据发送节点根据反馈做出相应动作。
【专利说明】
-种无线传输中抗干扰的自适应编解码方法
技术领域
[0001] 本发明属于无线通信领域，设及一种无线传输中抗干扰的自适应编解码方法。
【背景技术】
[0002] 无线低功耗网络通常由许多低功耗的通信节点组成，在通信过程中容易受到干 扰、噪声的影响，降低了通信的可靠性。抵抗干扰影响，提高通信可靠性的方法典型的有自 动重传机制。但是自动重传机制开销很大。如果包中发生的错误很少，重传整个包就会将接 收者正确接收到的部分数据也进行传输;如果链路质量很差，那么就需要很多轮的重传来 保证接收者正确接收到包。
[0003] 前向纠错码技术在发送的包中添加一定量冗余数据，能够在接收包发生一定程度 W下的错误时将其纠正，有利于减少重传开销。但是决定冗余量是个关键问题。如果冗余量 过少，在包错误率高的情况下无法将其恢复出来;如果冗余量过多，在包错误率低的情况下 会引入过多的额外开销。
[0004] -种新的技术结合了自动重传机制与前向纠错码的优点。它在重传时仅发送冗余 数据而非全部数据。当没有错误时，只需要发送完整的原始数据;在错误率比较高时，可W 结合前一次接收错误的数据与重发的冗余数据，在一定程度上恢复出原始数据，减少重传 的轮次。
[0005] 但是，在上述方法中，如何决定冗余量依然是个关键问题。在无线网络中，目前的 方法并没有根据网络中干扰的严重程度来调整编码的冗余度，不能在链路质量很好或很坏 的情况下都W很小的额外代价达到高吞吐量。
【发明内容】
[0006] 本发明要克服现有技术的上述缺点，提供一种减少无线低功耗网络中干扰影响的 自适应编解码方法。
[0007] 本发明采用自适应编解码的方法来降低节点收发数据过程中干扰的影响，其具体 步骤包括：
[000引（1)数据发送节点发送原始数据并且设置超时的时间。
[0009] (2)数据接收节点在接收数据的同时对RSSI(Receive signal strength indicator,接收信号强度)值进行采样，包括：
[0010] 21)在开始收包的同时，节点W-定频率开始对RSSI值进行采样；
[0011] 22)在收包结束的同时，RSSI采样结束，得到收包过程中的RSSI序列。
[0012] (3)数据接收节点检查收到的包是否正确，根据结果产生并发送相应的反馈包给 数据发送节点，包括：
[OOK] 31)如果收到的包正确，向数据发送节点发送ACK包；
[0014] 32)如果收到的包错误，数据接收节点由步骤2)得到的RSSI序列估算出该包发生 错误的严重程度，并将该值记录在NAK包中发送给数据发送节点。
[0015] (4)数据发送节点接收反馈包，根据反馈包的类型决定下一步动作，包括：
[0016] 41)如果收到ACK包，一次通信过程结束；
[0017] 42)如果收到NAK包，使用一种系统可逆码将原始数据进行编码，得到编码数据，将 编码数据向接收节点发出。其中该系统可逆码的参数根据NAK包中的信息决定；
[0018] 43)如果在超时时间内没有接收到反馈包，使用一种系统可逆码将原始数据进行 编码，得到编码数据，将编码数据向接收节点发出。其中该系统可逆码的参数为一默认值。
[0019] (5)数据接收节点接收编码数据，检查数据正确性。结合之前收到的原始数据进行 相应的解码操作，向数据发送节点发送反馈，数据发送节点根据反馈做出相应动作：
[0020] 51)如果解码成功，发送ACK包，数据发送节点收到之后一次通信结束；
[0021] 52)如果解码失败，发送NAK包，数据发送节点收到之后重新从步骤1)开始。
[0022] 进一步地，本发明在所述接收反馈包的步骤2)中，使用一种系统可逆码编码对原 始数据编码并发送的过程按W下步骤进行：
[0023] a)检查收到的NAK包中携带的错误严重程度信息，W保证通信可靠性的前提下尽 量使得编码出来的包尽可能小的原则选择合适的编码参数；
[0024] b)使用步骤a)中选择的编码参数对原始数据进行编码，得到相应的编码数据包；
[0025] C)在步骤b)中产生的编码数据包包头加入步骤a)中选择的编码参数；
[0026] d)数据发送节点发送该编码数据包，设置超时时间，等待接收节点的反馈。
[0027] 本发明与【背景技术】相比，具有的有益效果是:通过在收包时候的进行RSSI的采样， 估计出在链路收到干扰时接收到的包的错误严重程度，进而使得发送方在选择编码参数的 时候能够在确保收包的高可靠性的同时降低发送编码数据的数据量。
【附图说明】
[0028] 图1是本发明自适应编解码的执行流程图。
【具体实施方式】
[00巧]W下针对TelosB平台，TinyOS系统，并采用系统可逆码类别中的一种，RS(Reed Solomon，里德所罗口）编码，为例进一步说明本发明：
[0030] (1)数据发送节点发送原始数据并且设置超时的时间。
[0031] (2)数据接收节点在接收数据的同时对RSSI(Receive signal strength indicator，接收信号强度)值进行采样，修改TinyOS的串口驱动之后使采样率达到每个样 本对应IB^e。采样步骤包括：
[0032] (2.1)在表示开始收包的SFD中断触发的时候，开始采集RSSI值；
[0033] (2.2)在表示停止收包的SFD中断触发的时候，结束RSSI值得采集。得到数据包W 及相应的RSSI序列。
[0034] (3)数据接收节点通过CRC校验检查接收的数据包是否正确：
[0(X3日](3.1)如果数据包正确，产生ACK包；
[0036] (3.2)如果数据包不正确，根据步骤(2)得到的RSSI序列估计错误严重程度的量化 值，并将该值置入NAK包中，包括=个阶段：
[0037] (3.2.1)捜索RSSI序列中的最小值RSSLbase;
[003引 （3.2.2)将3551序列中的值分到^个范围区间（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)。落在区间 1 中的RSSI值认为其对 应的Byte值没有错误。落在区间3中的RSSI值认为其对应的Byte值是错误的，错误计数增 加。落在区间2中的RSSI值W(RSSI-RSSI_base-2.5)/(4.5-2.5)的概率认为其对应的Byte 值是错误的，相应增加错误计数；
[0039] (3.2.3)将步骤(3.2.2)中得到的错误计数除W收到包的总Byte数，即得到错误程 度的度量值化；
[0040] (3.2.4)将化值置入NAK包的相应字段中，向数据发送节点发送该NAK包。
[0041] (4)数据发送节点接收反馈包，根据反馈包的类型决定下一步动作，包括：
[0042] (4.1)如果收到ACK包，一次通信过程结束；
[0043] (4.2)如果收到NAK包，使用一种RS码进行编码，得到编码数据，将编码数据向接收 节点发出。编码参数的选择包括W下步骤：
[0044] (4.2.1)从NAK包中提取化值；
[0045] (4.2.2)由化的值决定RS编码中每个block的大小NW及每个block中信息位的大 小K，具体计算由公式（1)决定：
[0046] 公式(1)
[0047] (4.2.3)在得到RS编码的参数N与K之后，节点使用RS(N，K)码将原始数据编码得到 编码数据，生成必要的头部信息，并在头部加上N与K的值之后，将该编码数据包发出。
[004引（4.3)如果在超时时间内未收到反馈包，则选择RS的编码参数N= 14，K = 7，其余步 骤与(4.2)-致。
[0049] (5)数据接收节点接收编码数据，进行解码W及反馈操作；
[0050] (5.1)如果编码数据没有发生错误，而且编码数据包中取出的N=14，K = 7,由RS码 的性质，可W不需解码，直接由该编码数据得到原始数据，
[0051 ] (5.2)在其余情况下，进行解码操作，具体步骤如下：
[0052 ] (5.2.1)从编码数据包包头中取出N与K的值；
[0053] (5.2.2)使用RS(N，K)码，将步骤(2)中得到的数据包W及步骤(5)中得到的编码数 据包合并起来进行解码；
[0054] (5.2.3)解码成功，得到原始数据包，发送ACK包；
[0化5] (5.2.4)解码失败，发送NAK包。
[0056] (6)数据发送节点接收反馈包：
[0057] (6.1)如果收到ACK包，一次通信结束；
[005引（6.2)如果收到NAK包，则返回步骤(1)重新发送原始数据。
【主权项】
1. 一种无线传输中抗干扰的自适应编解码方法，其特征是包括如下步骤： (1) 数据发送节点发送原始数据并且设置超时的时间； (2) 数据接收节点在接收数据的同时对接收信号强度RSSI值进行采样，包括： 21) 在开始收包的同时，节点以一定频率开始对RSSI值进行采样； 22) 在收包结束的同时，RSSI采样结束，得到收包过程中的RSSI序列； (3) 数据接收节点检查收到的包是否正确，根据结果产生并发送相应的反馈包给数据 发送节点，包括： 31) 如果收到的包正确，向数据发送节点发送ACK包； 32) 如果收到的包错误，数据接收节点由步骤2)得到的RSSI序列估算出该包发生错误 的严重程度，并将该值记录在NAK包中发送给数据发送节点； (4) 数据发送节点接收反馈包，根据反馈包的类型决定下一步动作，包括： 41) 如果收到ACK包，一次通信过程结束； 42) 如果收到NAK包，使用一种系统可逆码将原始数据进行编码，得到编码数据，将编码 数据向接收节点发出；其中该系统可逆码的参数根据NAK包中的信息决定； 43) 如果在超时时间内没有接收到反馈包，使用一种系统可逆码将原始数据进行编码， 得到编码数据，将编码数据向接收节点发出。其中该系统可逆码的参数为一默认值； (5) 数据接收节点接收编码数据，检查数据正确性，结合之前收到的原始数据进行相应 的解码操作，向数据发送节点发送反馈，数据发送节点根据反馈做出相应动作： 51) 如果解码成功，发送ACK包，数据发送节点收到之后一次通信结束； 52) 如果解码失败，发送NAK包，数据发送节点收到之后重新从步骤1)开始。2. 根据权利要求1所述的一种无线传输中抗干扰的自适应编解码方法，其特征在于在 所述接收反馈包的步骤(2)中，使用一种系统可逆码编码对原始数据编码并发送的过程按 以下步骤进行： a) 检查收到的NAK包中携带的错误严重程度信息，以保证通信可靠性的前提下尽量使 得编码出来的包尽可能小的原则选择合适的编码参数； b) 使用步骤a)中选择的编码参数对原始数据进行编码，得到相应的编码数据包； c) 在步骤b)中产生的编码数据包包头加入步骤a)中选择的编码参数； d) 数据发送节点发送该编码数据包，设置超时时间，等待接收节点的反馈。
【文档编号】H04L1/16GK105846971SQ201610157656
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月21日
【发明人】董玮, 陈纯, 卜佳俊, 俞杰, 傅凯博
【申请人】浙江大学