WSN节点感知区域模型实验研究

论文摘要

节点的感知区域是无线传感器网络设计和应用的基础,目前绝大部分关于无线传感器网络的仿真使用的感知区域模型都是基于一个理想的圆盘模型假设,研究发现,圆盘模型会造成MAC、路由、定位、覆盖、拓扑控制等算法协议仿真性能和实际性能之间脱节。因而建立实际环境的感知区域模型对无线传感器网络的设计和应用具有重要的意义。本文首先搭建一个无线传感器网络实验平台,对网络中节点差异性进行标定,为后面实验奠定基础;利用时隙分配法解决节点同时发包导致丢包严重的问题,通过添加路由协议使网络所有节点都能将数据传给网关节点。其次,分析已有的无线信号单向传播模型,并在此基础上进行了三次直线拓扑实验,研究节点高度,发射功率和地面平坦度对单方向上无线信号传播模型的影响,建立了分段拟合模型和基于对数衰减的误差补偿模型;再次,分析已有的无线信号全向传播模型,并在此基础上进行了四个不同半径下的圆形拓扑实验,研究无线信号功率损耗的各向异性特性,分析节点位置对感知区域的影响,建立了真实感知区域模型RSAM和带波动的感知区域模型RRSAM。通过三次直线拓扑实验研究,结果表明无线信号单向传播模型分为线性区域和波动区域,线性区域大小受节点高度和地面平坦度影响;对分段拟合模型和基于对数衰减的误差补偿模型的测距误差进行对比,结果表明基于对数衰减的误差补偿模型测距效果比分段拟合模型的测距效果好。通过四次不同半径下的圆形拓扑实验研究,结果表明,相同半径,不同方向上点的接收功率既有差异性又有相关性;且分析表明RSAM能反映实际环境下节点感知区域宏观上的起伏变化,RRSAM既能反映实际环境下节点感知区域宏观上的起伏变化,又能反映实际环境下节点感知区域微观上的波动性,这些模型对无线传感器网络设计和应用具有重要的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景、目的与意义
• 1.2 国内外研究现状及趋势
• 1.3 本文研究内容及章节安排
• 2 实验平台搭建
• 2.1 实验配置
• 2.2 点对点通信
• 2.3 节点标定
• 2.4 协议选择
• 2.5 多点通信实现
• 2.6 本章小结
• 3 单向传播模型实验研究
• 3.1 单向传播模型
• 3.2 发射功率固定，人行砖地环境实验
• 3.3 发射功率固定，节点架高实验
• 3.4 发射功率变化的水泥地面环境实验
• 3.5 模型修正及结果分析
• 3.6 本章小结
• 4 全向传播模型实验研究
• 4.1 圆形拓扑实验
• 4.2 无线信号功率损耗的方向性
• 4.3 相邻角度接收功率的相关性
• 4.4 相邻角度接收功率变化的统计分析
• 4.5 本章小结
• 5 感知区域建模
• 5.1 感知区域模型
• 5.2 真实感知区域模型——RSAM
• 5.3 RSAM 的改进模型——RRSAM
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献