無線信道在網絡仿真平臺中的設計與實現.pdf

1、無線傳感器網絡由隨機分布在監(jiān)測區(qū)域的節(jié)點組成,可應用于環(huán)境監(jiān)測、軍事、工業(yè)控制等領域。網絡中節(jié)點規(guī)模和復雜度隨著無線傳感網監(jiān)測應用需求而增大,對大規(guī)模無線傳感網絡仿真工具的要求越來越高。復雜的無線信道使得節(jié)點間的通信鏈路存在隨機性和不穩(wěn)定性,直接對網絡仿真評估造成影響。以往無線傳感網研究中,側重于協(xié)議和能耗,對信道設計大都基于理想信道模型。COOJA(Contiki OS Java)作為近年來新推出的無線傳感網仿真平臺,可以高效的仿真上

2、百節(jié)點的無線傳感網絡,但由于其信道模型并不能很好的反映真實環(huán)境中無線信道衰落特性,研究開發(fā)適用無線傳感網應用環(huán)境的信道模型顯得尤為重要。
　　本文首先介紹了無線信道模型的研究進展和應用情況,分析COOJA中信道模型存在的不足,提出開發(fā)集成新的信道模型的可能性。研究了目前已有的基于實測數據統(tǒng)計規(guī)律建立的經典信道模型,分析它們各自適用的場景特點。本文分別從大尺度衰落和小尺度衰落兩方面,研究設計適用于無線傳感網應用環(huán)境的信道模型。小尺度

3、衰落中,當信道存在視距傳播時接收信號服從Rice分布,結合Clarke模型和 Jakes的簡化思想構建 Rice信道模型,仿真驗證了該思想具有服從萊斯分布的統(tǒng)計特性、良好的平穩(wěn)性和各態(tài)歷經性且具有計算量小的特點。大尺度衰落基于對數路徑損耗,采用 Plane-Earth模型,通過與實測雙斜率模型在不同環(huán)境中的對比,給出修正,并分析了它的適用條件。最終分別設計了適應五種不同環(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,在深入研究大無規(guī)模仿真平臺COOJA的架構和仿真機制的基礎上,使用Java語言設計并實現五種信道模型,完成信號強度預測、誤包率計算等功能,為物理層提供信號強度指示和數據包接收判斷。將信道模型集成在COOJA仿真平臺中與原有信道對比,在預測值的比較上,原有信道預測模型預測值存在較大的差異;在仿真性能方面,通過建立500節(jié)點