無(wú)線信道在網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)中的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由隨機(jī)分布在監(jiān)測(cè)區(qū)域的節(jié)點(diǎn)組成,可應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、軍事、工業(yè)控制等領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)規(guī)模和復(fù)雜度隨著無(wú)線傳感網(wǎng)監(jiān)測(cè)應(yīng)用需求而增大,對(duì)大規(guī)模無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)仿真工具的要求越來(lái)越高。復(fù)雜的無(wú)線信道使得節(jié)點(diǎn)間的通信鏈路存在隨機(jī)性和不穩(wěn)定性,直接對(duì)網(wǎng)絡(luò)仿真評(píng)估造成影響。以往無(wú)線傳感網(wǎng)研究中,側(cè)重于協(xié)議和能耗,對(duì)信道設(shè)計(jì)大都基于理想信道模型。COOJA(Contiki OS Java)作為近年來(lái)新推出的無(wú)線傳感網(wǎng)仿真平臺(tái),可以高效的仿真上

2、百節(jié)點(diǎn)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò),但由于其信道模型并不能很好的反映真實(shí)環(huán)境中無(wú)線信道衰落特性,研究開(kāi)發(fā)適用無(wú)線傳感網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境的信道模型顯得尤為重要。
　　本文首先介紹了無(wú)線信道模型的研究進(jìn)展和應(yīng)用情況,分析COOJA中信道模型存在的不足,提出開(kāi)發(fā)集成新的信道模型的可能性。研究了目前已有的基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律建立的經(jīng)典信道模型,分析它們各自適用的場(chǎng)景特點(diǎn)。本文分別從大尺度衰落和小尺度衰落兩方面,研究設(shè)計(jì)適用于無(wú)線傳感網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境的信道模型。小尺度

3、衰落中,當(dāng)信道存在視距傳播時(shí)接收信號(hào)服從Rice分布,結(jié)合Clarke模型和 Jakes的簡(jiǎn)化思想構(gòu)建 Rice信道模型,仿真驗(yàn)證了該思想具有服從萊斯分布的統(tǒng)計(jì)特性、良好的平穩(wěn)性和各態(tài)歷經(jīng)性且具有計(jì)算量小的特點(diǎn)。大尺度衰落基于對(duì)數(shù)路徑損耗,采用 Plane-Earth模型,通過(guò)與實(shí)測(cè)雙斜率模型在不同環(huán)境中的對(duì)比,給出修正,并分析了它的適用條件。最終分別設(shè)計(jì)了適應(yīng)五種不同環(huán)境的信道:平坦水泥地、平坦沙地、平坦草地、低灌木叢、森林環(huán)境,但由

4、于后兩種環(huán)境中會(huì)受視距分量存在與否的影響,Plane-Earth模型不能統(tǒng)一描述,因而后兩種環(huán)境使用單斜率模型。最后,在深入研究大無(wú)規(guī)模仿真平臺(tái)COOJA的架構(gòu)和仿真機(jī)制的基礎(chǔ)上,使用Java語(yǔ)言設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)五種信道模型,完成信號(hào)強(qiáng)度預(yù)測(cè)、誤包率計(jì)算等功能,為物理層提供信號(hào)強(qiáng)度指示和數(shù)據(jù)包接收判斷。將信道模型集成在COOJA仿真平臺(tái)中與原有信道對(duì)比,在預(yù)測(cè)值的比較上,原有信道預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)值存在較大的差異;在仿真性能方面,通過(guò)建立500節(jié)點(diǎn)