室内无线传感器网络信道传输模型及统计分析

无线传感器网络在室内的应用越来越广泛,然而相应的无线信道衰落模型的研究却尚未成熟.为此,针对典型的住宅和办公环境进行了无线传感器节点的信道传输衰落特性测试,并对测试数据进行了拟合和建模.拟合结果表明,在大尺度衰落的情况下,所提出的三阶多项式对数距离路径损耗模型能够更好地表征室内环境下的信道衰落情况,对研究室内无线传感器网络的关键技术具有重要的参考价值.     

油菜大田环境下的WSN信道传播损耗特性建模研究

针对因特定农业环境下无线信道模型缺乏而造成的现场感知业务的优化与分析难题,建立了油菜大田环境下WSN信道传播损耗特征模型。以油菜及其生长大田为例,依据不同的生育期提炼出三个典型的测试场景,采用两种载波频率的无线传感器节点测试大田现场的信号损耗值,对测定结果进行了最小二乘法拟合建模,结果表明,供试大田环境下的WSN信道传播损耗特性与传统的移动信道模型存在较大差异,适合采用多斜率对数阴影衰落经验模型进行表征。以节点的有效传播距离和路径损耗预测值为指标,与Free-space、Cost321和Egli等经典模型比较,对拟合模型进行有效性验证的结果表明,本模型各项指标与实测数据接近,可为优化和设计较高能量效率的现场感知业务系统提供精准参考。     

基于无线传感器网络的室内无线信道测量与分析*

首次针对无线传感器网络的典型室内应用环境——室内停车场对信道传播特性进行测定,通过线性回归对室内无线信道传播模型的衰减因子等参数进行拟合,并与室外测量结果进行对比,归纳出室内与室外环境中无线信号的传播具有不同特征,但仍然可用对数阴影单折线/双折线模型进行拟合,为室内无线传感器网络系统的研究与实现提供重要参考。     

平坦地面无线信道的大尺度衰落特性

针对近地面无线信道缺乏大尺度衰落模型的现状,选取平坦地面环境为典型研究对象,进行了2.4GHz无线信号沿近地面传播的信号强度测量,通过测量数据的线性回归建立了该地面环境的路径损耗模型.统计参数分析表明,双斜率对数距离路径损耗模型适用于近地面无线信道的大尺度衰落特性表征,突变点位置取决于收发天线高度,路径损耗指数在突变点前小于2,突变点后在2.87～3.74之间.所得模型与传统模型进行了性能对比,结果表明传统模型不适用于近地面无线信道的传播特性表征,本文所建模型更具实际意义.     

一种通用室内链路损耗经验模型的修正

为了分析2.405 GHz~2.480 GHz室内场景的路径损耗与衰落,通过测试验证得到了一种室内链路损耗模型。该模型能较准确地描述在不同场景下路径损耗与距离之间的关系。与经典模型相比较,该模型数据通过CC2530物联网开发平台采集得到,利用二径模型进行了修正,能更好地表现室内电波传播特性,具有更高的精度和通用性。此外,在环境变化的情况下,该模型的简化形式能有效用于室内传播链路损耗的相关应用与研究。     

一种路径损耗模型融合的WSN森林定位算法

由于森林环境的复杂性导致传感器网络接收信号强度指示(RSSI)的定位误差较大,而目前的RSSI路径损耗模型不能满足森林中传感器节点定位的需求。针对该问题,提出一种无线传感器网络(WSN)森林定位算法。根据RSSI在不同区域的离散系数划分定位区域,对不同区域分别建立RSSI路径损耗模型,并利用对数路径损耗模型与分段拟合模型进行融合,建立更符合实际环境的新模型,通过分区域测距定位和K-means聚类算法排除定位误差。实验结果表明,该算法能有效提高定位精度。     

无线传感器网络室内信道模型的研究*

提出一个无线传感器网络室内环境信道衰落模型,通过对无线信道衰落模型的理论研究和根据无线传感器网络信道衰落测试系统检测的室内外数据的分析,得到无线传感器网络信道衰落模型的各个参数,确定了无线传感器网络室内信道衰落模型。通过实践应用证明,此衰落模型在实际网络的节点部署和节点定位中的作用优于其他无线信道衰落模型。     

一种基于无线传感器网络的室内定位算法

无线传感器网络是室内定位的关键技术之一。影响定位精度的因素有两方面:测距误差和定位计算误差。在测距阶段,为解决信号在复杂的环境中传播损耗较大而影响测量精度的问题,基于对数常态路径传播损耗模型,提出了一种环境因子的估算方法,该方法动态修正测量值,减小了因环境引起的测量误差。在定位阶段,为解决三角形质心算法对数据利用不足的缺点,提出了加权的三角形质心算法,实现了高精度的室内定位。实验表明,该算法可以实现较高精度的室内定位,具有一定的可行性。     

无线传感器网络中缺失数据估计算法

为了提高无线传感器网络(WSN)中缺失数据估计值的精度,提出了一种自决策插值算法。该算法能够根据数据集的空间相关性以及缺失数据的连续性选择不同的缺失数据估计策略,并将自回归滑动平均(ARMA)模型引入到对缺失数据插值的研究中。与传统缺失值估计算法相比,该算法不仅考虑到无线传感器网络的特性,而且考虑到数据集本身的特性。在真实数据集上测试结果表明,该算法提高了对缺失值估计的精度。     

无线信号在马尾松林中传播特性分析

为解决马尾松林中无线传感器网络的部署、定位和功率控制等问题,研究433 MHz无线信号在马尾松林中的传播特性.实地测量自然生长状态下马尾松林中水平方向距地0.25 m～2.0 m的8个高度40个水平测试点的接收功率.结果表明在不同接收高度下,可以用对数衰减模型来预测433 MHz无线信号在马尾松林中的路径损耗.433 MHz无线信号随着天线高度增加,路径损耗减小,当h=2.0 m时,路径损耗最小.理论值与实测值间的相关系数为0.8599～0.9531.给出适用于马尾松林环境下对数损耗模型的范围及条件,为无线传感器网络在马尾松林环境中的部署、定位和功率控制等提供了依据.     

Analysis of low power wireless links in smart grid environments

Recently, wireless sensor networks (WSNs) have been used in various smart grid applications, including remote power system monitoring and control, power fraud detection, wireless automatic metering, fault diagnostics, demand response, outage detection, overhead transmission line monitoring, load control, and distribution automation. However, harsh smart grid environment propagation characteristics cause great challenges in the reliability of WSN communications in smart grid applications. To this end, the analysis of wireless link reliability and channel characterizations can help network designers to foresee the performance of the deployed WSN for specific smart grid propagation environments, and guide the network engineers to make design decisions for the channel modulation, encoding schemes, output power, and frequency band. This paper presents a detailed analysis of low power wireless link reliability in different smart grid environments, such as 500 kV outdoor substation environment, indoor main power control room, and underground network transformer vaults. Specifically, the proposed analysis aims to evaluate the impact of different sensor radio parameters, such as modulation, encoding, transmission power, packet size, as well as the channel propagation characteristics of different smart grid propagation environments on the performance of the deployed sensor network in smart grid. Overall, the main objective of this paper is to help network designers quantifying the impact of the smart grid propagation environment and sensor radio characteristics on low power wireless link reliability in harsh smart grid environments.     

不同环境下无线信道密钥生成性能研究

在无线通信物理层安全的研究中,通信双方的信道具有很好的短时互易性,可以从无线信道中提取出相似的信道特征并生成一致的密钥.该技术可以利用无线信道天然的随机性为无线通信系统实时的分配对称密钥.本文利用通用软件无线电平台(USRP)设计并实现了实时的无线信道密钥生成系统.基于设计的无线密钥生成系统,本文在室内房间、室内走廊、空旷室外三种不同场景中的终端固定、终端移动以及人员走动三种不同信道环境下长时间测量了无线信道并生成了密钥.通过分析合法通信双方和窃听者信道状态信息(CSI)的互易性、CSI信息泄露率、CSI随机性、密钥随机性四个指标,详细分析了不同场景及环境下无线信道密钥生成技术的安全性与可靠性.通过实验表明,空旷室外信道随机性最高,室内走廊随机性其次,室内房间随机性最低.此外,周围环境变化愈快,信道随机性愈高.通过选择合适的密钥生成参数,都可以在不同的场景及环境下生成满足随机性要求的密钥.     

一种改进的室内wsn仿真模型

针对室内无线传播模型具有多径传播效应的特性和无线传感器网络协议栈的特点,提出了一种改进的室内无线传感器网络仿真方法。方法使用阴影模型模拟室内无线传播模型的多径传播效应,结合常用的无线传感器网络节点芯片的性能参数预测出无线信号在室内的实际传输距离,并在NS2中以该无线信道模型为基础,以无线传感器网络协议栈为标准,建立了一个改进的室内无线传感器网络仿真模型。仿真模型的测试结果表明该模型在数据包投递率及网络剩余能量的比率上与实际室内无线传感器网络的性能相似。证明建立的模型能为室内无线传感器网络的实际布网和应用提供可靠的依据。     

基于NS2的无线地下传感器网络信道模型的扩展与实现

 无线地下传感器网络作为一个全新的研究领域,它的大多数研究还在理论阶段。建立一个更接近真实地下环境的仿真平台,可以减少部署实验所耗费的资源。本文以现有的双径模型叠加多径瑞利衰落的地下信道模型为基础,建立考虑电磁传播信号所有成分的地下信道模型,同时增加地下-地上信道模型以及地上-地下信道模型,在NS2上进行仿真实现。在实现的平台上进行仿真,分析了吞吐率和丢包率这2个性能指标在不同通信距离的变化规律。仿真结果表明,所采用的模型能很好地反映地下通信情况,验证了模型用于地下环境仿真的可行性,为无线地下网络的学习和研究提供了参考及工具。     

矿井移动通信中Nakagami衰落信道模型的研究

根据目前矿井移动通信的发展状况,针对矿井无线信道快衰落多径信号幅度统计特性的可变性,提出了一种基于Matlab的Nakagami幅度统计衰落信道仿真模型。利用该模型,对空直巷道中收发信机在相同传输距离下,针对900 MHz、1 800 MHz和2.45 GHz频段的电磁波对Nakagami衰落的影响进行了仿真,并将QPSK信号作为输入信号进一步的验证。结果表明,该模型具有创建过程简单,可操作性强,对矿井移动通信信道衰落过程描述较为精确等优点,这对矿井移动通信整体性能的提高具有较大的参考价值。     

基于NS2的无线地下网络信道模型仿真

受限于复杂的地下通讯环境,对无线地下传感器网络的大多研究还停留在理论阶段。主流仿真平台所提供的信道模型都只适用于地上无线通信的仿真,没有合适的模型能反映电磁信号在地下环境能量严重损耗的情况。为解决以上问题,给无线地下网络研究提供仿真实验平台,本文采用双径模型为基础叠加多径瑞利衰落的信道模型,在NS2上加以实现并在实现的平台上进行仿真实验。分析吞吐率和单位有效比特能量消耗这2个性能指标在不同含水量下的变化规律。结果表明,所采用的模型能很好地反映地下通讯情况,验证了双径叠加多瑞利分布模型用于地下环境仿真的可行性,为以后的无线地下网络研究提供参考。 