[發明專利]無線傳感器網絡的信道模型構建方法及仿真方法

有效

• 申請號: 201510028528.4
• 申請日: 2015-01-20
• 公開（公告）號: CN105871486B
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 唐瑋圣;魏建明;馬皛源;包開陽
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海高等研究院
• 主分類號: H04B17/391
• 分類號: H04B17/391;H04W24/06
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙)31219
• 代理人: 余明偉

技術領域

本發明涉及無線傳感網絡技術領域，特別是涉及無線傳感網絡測試及仿真技術領域，具體為一種無線傳感器網絡的信道模型構建方法及仿真方法。

背景技術

無線傳感器網絡(Wireless Sensor Network，WSN)由自組織的傳感器節點組成，可以用于對指定區域內的各種信號進行監測。無線信道與其工作的環境有密切的聯系，在不同的環境和不同的天線高度的條件下，信號傳輸相同的距離所產生的傳播損耗會有顯著的不同，因此也會導致信號在此條件下的最大可傳輸距離不同。在許多應用中，需要將大量的傳感器節點布設于地表或低空物體上，而在近地無線通信中，由于地形的復雜和信號在地表傳播的不確定性，現有傳播模型無法準確地對信道特性進行預測，因此無法預測節點之間的鏈路質量和連通性，這使得無線傳感網的部署變得十分困難。

無線信道模型主要有三種：一是通過分析無線電磁波傳播理論的方法建立的確定性模型；二是是建立在測試數據和經驗公式基礎上的經驗模型；三是把確定性方法用于經驗模型導出的公式的半經驗半確定性模型。典型的確定性模型有Ikegami模型、Walfish-Bertoni模型、COST231模型、雙射線模型和多射線模型等；典型的經驗模型有Okumura-Hata模型、COST231-Hata模型和對數距離路徑損耗模型等。在實際應用中，經常采用半經驗半確定性模型對特定環境中的無線信號傳播特性進行預測。

通過網絡仿真軟件模擬現實網絡環境，對網絡性能進行評估是提高網絡規劃部署質量的有效手段。但目前的無線傳感網仿真研究往往是在很多假設條件下進行的，采用理論化和理想化的模型來進行仿真，這使得許多研究結果與實際應用有較大的差別。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種無線傳感器網絡的信道模型構建方法及仿真方法，用于解決現有技術中信道模型及網絡規劃部署與實際應用偏差大問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種無線傳感器網絡的信道模型構建方法，所述信道模型構建方法包括：在測試區域設置一發射節點，并在與所述發射節點相距一定距離處設置接收節點；獲取發射節點與接收節點在相距所述一定距離時的接收信號強度；調整發射節點與接收節點之間的高度，水平距離和方向，獲取不同高度、水平距離和方向下的多個接收信號強度；根據多個接收信號強度獲取傳播路徑損耗；根據所述傳播路徑損耗和發射節點與接收節點之間的距離構建信道模型，即對數距離路徑損耗模型：

其中，d₀為發射節點與接收節點之間的最小水平距離；d為發射節點與接收節點之間的水平距離；L_p(d)為發射節點與接收節點之間的距離為d時的傳播路徑損耗；L_p(d₀)為發射節點與接收節點之間的距離為d₀時的傳播路徑損耗；n為路徑損耗指數；X_σ為由陰影衰落引起的樣本標準差。

優選地，發射節點與接收節點之間的水平距離范圍為1m～100m。

優選地，發射節點與接收節點之間的相對高度范圍為5cm～1m。

優選地，發射節點與接收節點之間的方向為：將以發射節點為圓心、發射節點與接收節點之間的水平距離為半徑形成的圓分成四等份的四個分割線方向。

優選地，獲取發射節點與接收節點之間高度、水平距離和方向任意組合下的接收信號強度。

優選地，以發射節點與接收節點在同一高度、同一方向、不同水平距離下獲取的多個接收信號強度為一組數據，獲取每一組數據的平均值，根據所述對數距離路徑損耗模型進行擬合分析，獲取由陰影衰落引起的樣本標準差和路徑損耗指數。

優選地，根據以下公式獲取傳播路徑損耗：P_r＝P_t-L_p(d)；其中，P_t為發射節點的發射功率，P_r為接收節點的接收功率，L_p(d)為傳播路徑損耗；接收功率P_r通過接收信號強度獲取，發射功率P_t為固定值。