一种基于位错误的低速无线个域网错误数据包恢复方法技术

本发明专利技术公开了一种基于位错误的低速无线个域网错误数据包恢复方法，涉及无线通信领域。在低速无线个域网IEEE 802.15.4信号接收设备中，收到的信号可能因为发生位偏移和位突变，使得数据包出错；利用这些规律，在接收端设计了一个恢复错误数据包的算法，通过移位操作、记录并使用相近的位出错规律，将接收到的出错数据还原回正确的数据，并使其通过CRC校验。本发明专利技术无需重新发送出错的数据包，降低了收发设备的能耗，同时不会产生额外的通信时延，大大提高了IEEE 802.15.4设备的数据包接收成功率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于位错误的低速无线个域网错误数据包恢复方法
本专利技术涉及无线通信领域，尤其涉及一种基于位错误的低速无线个域网错误数据包恢复方法。
技术介绍
无线传感器网络(WirelessSensorNetworks，WSN)由于其低能耗，低成本和无线传输而广泛用于环境监测，智能家居，医疗保健等领域。然而，与有线网络相比，无线连接更容易受到衰减，多径效应和干扰，导致更高的分组丢失率。如何在降低能耗的同时提高传输可靠性和实时性能对于提高无线传感器网络的性能至关重要。目前最常用的提高数据包接收成功率的方法有重传(Retransmission)和前向纠错(ForwardErrorCorrection)。在重传方法中，当发送方没有收到ACK时，它将重新发送该数据包。减少重传负载的一种方法是部分重传，其将数据有效负载分成几个小块。在接收端可以通过接收的信号强度指示(ReceivedSignalStrengthIndication，RSSI)值等来判断出错的块，并在重传时只传输出错的块，从而节省重传负荷。前向纠错方法通过前向纠错码，在数据包的尾部添加冗余字节，当接收端接收到出错的数据包时，可以通过利用冗余字节进行逆向计算，将错误的数据块还原回来，从而避免重传，提高包的传输成功率。但是，重传的方法需要消耗额外的能量，并增加了网络时延。前向纠错的方法因为添加了冗余字节，牺牲了网络吞吐量，在接收端利用冗余字节进行逆向计算时需要一定的存储于计算资源，计算时间也不容忽略，使得网络延迟增加。国内申请号为201810252472.4的名称为“一种流媒体传输的前向纠错方法和系统”的专利，依据当前网络质量和流媒体传输情况，动态调整发送端的前向纠错冗余参数；同时接收端使用前向纠错解码器对丢失数据包进行恢复。重传的方法因为信号传输，大大增加了能量的消耗；前向纠错需要冗余字节，降低网络吞吐量；前向纠错还需要额外的编码器和解码器，增加了计算开销；发送端需要通过编码计算添加冗余字节，接收端需要通过计算解码出原数据包，增加了网络延迟。没有探索与利用数据包传输过程中在物理层的出错特性。因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于位错误的低速无线个域网错误数据包恢复方法，将接收到的出错数据还原回正确的数据，并使其通过CRC校验；无需重新发送出错的数据包，降低了收发设备的能耗，同时不会产生额外的通信时延，大大提高了IEEE802.15.4设备的数据包接收成功率。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是在无需重传的情况下，提高包接受成功率，从而避免重传带来的额外能量消耗；在不添加冗余字节的前提下，提高包传输成功率，保证网络吞吐量；在提高包传输成功率的同时，减少额外的计算开销；利用物理层的位出错特性，将原来出错的数据包还原回来，提高传输成功率；减少恢复错误包时的资源开销，减少由此带来的网络延迟。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于位错误的低速无线个域网错误数据包恢复方法，包括以下步骤：步骤1、对接收到的每一个伪随机序列S，得到与标准表匹配后的出错位数N，判断N是否在[Nmin，Nmax]的范围内，并判断N是否大于出错阈值n；步骤2、若N在[Nmin，Nmax]范围内，则认为所述伪随机序列S带有位出错信息，更新位错误信息矩阵M；步骤3、若N大于所述出错阈值n，则认为所述伪随机序列S接收错误，执行恢复算法以得到正确的伪随机序列；步骤4、若N不在[Nmin，Nmax]范围内，且N小于所述出错阈值n，则认为接收到的所述伪随机序列S是正确的，且无需要记录的位错误信息；步骤5、当一个数据包被成功接收后，更新匹配表M*。进一步地，所述出错阈值n：0＜Nmin≤Nmax＜n。进一步地，所述出错阈值n等于10。进一步地，预定义a个临时表：M1，M2，......，Ma，用于存储最近的a个出现位错误的符号的出错特性。进一步地，所述步骤2每收到一个新的带有位错误特性的所述伪随机序列S，就依次更新所述a个临时表，使得所述a个临时表中存储的是时间最近a个位错误特性。进一步地，所述恢复算法利用移位操作、所述匹配表M*，对收到的出错的所述伪随机序列S进行恢复。进一步地，所述恢复算法包括以下步骤：步骤3.1、设定平移最大值L，取平移位数初始值j设置为0；步骤3.2、j＝j+1，将所述伪随机序列S向左平移j位，即高位丢弃，低位补0，得到将与所述标准表匹配，得到符号x和将所述伪随机序列S向右平移j位，即高位补0，低位丢弃，得到将与所述标准表匹配，得到符号y和步骤3.3、如果则返回最小出错位数对应的符号；如果将较小出错位数的伪随机序列Sj与所述匹配表M*匹配，得到Nj；步骤3.4、如果Nj＜10，则返回最小出错位数对应的符号；如果Nj≥10且j≤L，则回到所述步骤3.2，如果Nj≥10且j＞L，则返回原始匹配的符号。进一步地，所述步骤5中对所述数据包进行CRC校验。进一步地，所述步骤5根据存储了位出错信息的所述a个临时表，计算更新所述匹配表M*。进一步地，所述步骤5对存储最近a个错误状态信息的所述a个临时表进行与运算，得到一个存储了综合错误信息的新表M+，即M+＝M1&M2&......&Ma，新的所述匹配表M*＝M+xnorM。本专利技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性特点和显著优点：在低速无线个域网IEEE802.15.4信号接收设备中，实验发现接收到的信号可能因为发生位偏移和位突变，使得数据包出错(CRC校验失败)。利用这些规律，在接收端设计了一个恢复错误数据包的算法，通过移位操作、记录并使用相近的位出错规律，尝试将接收到的出错数据还原回正确的数据，并使其通过CRC校验。本专利技术无需重新发送出错的数据包，降低了收发设备的能耗，同时不会产生额外的通信时延，大大提高了IEEE802.15.4设备的数据包接收成功率(PacketReceptionRate，PRR)。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明图1是本专利技术的一个较佳实施例的IEEE802.15.4物理层数据发送过程图；图2是本专利技术的一个较佳实施例的增加了恢复算法的IEEE802.15.4物理层数据接收过程图；图3是本专利技术的一个较佳实施例的符号与伪随机序列匹配表；图4是本专利技术的一个较佳实施例的1位超前位偏移示例图；图5是本专利技术的一个较佳实施例的1位滞后位偏移示例图；图6是本专利技术的一个较佳实施例的位突变示例图；图7是本专利技术的一个较佳实施例的数据包恢复方法流程图；图8是本专利技术的一个较佳实施例的伪随机序列恢复算法流程图；图9是本专利技术的一个较佳实施例的实施示例图。具体实施方式以下参考说明书附图介绍本专利技术的多个优选实施例，使其
技术实现思路
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【技术保护点】
1.一种基于位错误的低速无线个域网错误数据包恢复方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、对接收到的每一个伪随机序列S，得到与标准表匹配后的出错位数N，判断N是否在[N

【技术特征摘要】
1.一种基于位错误的低速无线个域网错误数据包恢复方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对接收到的每一个伪随机序列S，得到与标准表匹配后的出错位数N，判断N是否在[Nmin，Nmax]的范围内，并判断N是否大于出错阈值n；
步骤2、若N在[Nmin，Nmax]范围内，则认为所述伪随机序列S带有位出错信息，更新位错误信息矩阵M；
步骤3、若N大于所述出错阈值n，则认为所述伪随机序列S接收错误，执行恢复算法以得到正确的伪随机序列；
步骤4、若N不在[Nmin，Nmax]范围内，且N小于所述出错阈值n，则认为接收到的所述伪随机序列S是正确的，且无需要记录的位错误信息；
步骤5、当一个数据包被成功接收后，更新匹配表M*。


2.如权利要求1所述的基于位错误的低速无线个域网错误数据包恢复方法，其特征在于，所述出错阈值n：0＜Nmin≤Nmax＜n。


3.如权利要求1所述的基于位错误的低速无线个域网错误数据包恢复方法，其特征在于，所述出错阈值n等于10。


4.如权利要求1所述的基于位错误的低速无线个域网错误数据包恢复方法，其特征在于，预定义a个临时表：M1，M2，……，Ma，用于存储最近的a个出现位错误的符号的出错特性。


5.如权利要求4所述的基于位错误的低速无线个域网错误数据包恢复方法，其特征在于，所述步骤2每收到一个新的带有位错误特性的所述伪随机序列S，就依次更新所述a个临时表，使得所述a个临时表中存储的是时间最近a个位错误特性。


6.如权利要求1所述的基于位错误的低速无线个域网错误数据包恢复方...

【专利技术属性】
技术研发人员：古炯宏，陈彩莲，许齐敏，
申请(专利权)人：上海交通大学烟台信息技术研究院，上海交通大学，
类型：发明
国别省市：山东;37