[发明专利]无线传感器网络的信道模型构建方法及仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感网络技术领域，特别是涉及无线传感网络测试及仿真技术领域，具体为一种无线传感器网络的信道模型构建方法及仿真方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)由自组织的传感器节点组成，可以用于对指定区域内的各种信号进行监测。无线信道与其工作的环境有密切的联系，在不同的环境和不同的天线高度的条件下，信号传输相同的距离所产生的传播损耗会有显著的不同，因此也会导致信号在此条件下的最大可传输距离不同。在许多应用中，需要将大量的传感器节点布设于地表或低空物体上，而在近地无线通信中，由于地形的复杂和信号在地表传播的不确定性，现有传播模型无法准确地对信道特性进行预测，因此无法预测节点之间的链路质量和连通性，这使得无线传感网的部署变得十分困难。

无线信道模型主要有三种：一是通过分析无线电磁波传播理论的方法建立的确定性模型；二是是建立在测试数据和经验公式基础上的经验模型；三是把确定性方法用于经验模型导出的公式的半经验半确定性模型。典型的确定性模型有Ikegami模型、Walfish-Bertoni模型、COST231模型、双射线模型和多射线模型等；典型的经验模型有Okumura-Hata模型、COST231-Hata模型和对数距离路径损耗模型等。在实际应用中，经常采用半经验半确定性模型对特定环境中的无线信号传播特性进行预测。

通过网络仿真软件模拟现实网络环境，对网络性能进行评估是提高网络规划部署质量的有效手段。但目前的无线传感网仿真研究往往是在很多假设条件下进行的，采用理论化和理想化的模型来进行仿真，这使得许多研究结果与实际应用有较大的差别。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种无线传感器网络的信道模型构建方法及仿真方法，用于解决现有技术中信道模型及网络规划部署与实际应用偏差大问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种无线传感器网络的信道模型构建方法，所述信道模型构建方法包括：在测试区域设置一发射节点，并在与所述发射节点相距一定距离处设置接收节点；获取发射节点与接收节点在相距所述一定距离时的接收信号强度；调整发射节点与接收节点之间的高度，水平距离和方向，获取不同高度、水平距离和方向下的多个接收信号强度；根据多个接收信号强度获取传播路径损耗；根据所述传播路径损耗和发射节点与接收节点之间的距离构建信道模型，即对数距离路径损耗模型：

其中，d₀为发射节点与接收节点之间的最小水平距离；d为发射节点与接收节点之间的水平距离；L_p(d)为发射节点与接收节点之间的距离为d时的传播路径损耗；L_p(d₀)为发射节点与接收节点之间的距离为d₀时的传播路径损耗；n为路径损耗指数；X_σ为由阴影衰落引起的样本标准差。

优选地，发射节点与接收节点之间的水平距离范围为1m～100m。

优选地，发射节点与接收节点之间的相对高度范围为5cm～1m。

优选地，发射节点与接收节点之间的方向为：将以发射节点为圆心、发射节点与接收节点之间的水平距离为半径形成的圆分成四等份的四个分割线方向。

优选地，获取发射节点与接收节点之间高度、水平距离和方向任意组合下的接收信号强度。

优选地，以发射节点与接收节点在同一高度、同一方向、不同水平距离下获取的多个接收信号强度为一组数据，获取每一组数据的平均值，根据所述对数距离路径损耗模型进行拟合分析，获取由阴影衰落引起的样本标准差和路径损耗指数。

优选地，根据以下公式获取传播路径损耗：P_r＝P_t-L_p(d)；其中，P_t为发射节点的发射功率，P_r为接收节点的接收功率，L_p(d)为传播路径损耗；接收功率P_r通过接收信号强度获取，发射功率P_t为固定值。