移动感控系统的建模与仿真评测技术研究

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近年来,快速发展的无线通信技术和计算机网络大大推动了无线传感器网络(Wireless Sensor Network,简称WSN)在实际生活中应用的快速普及。WSN集成了无线通信以及嵌入式等技术,已经在环境监测、农业、医疗以及抢险等领域展现了良好的应用价值。移动感控系统是能够感知和控制处理信息的WSN,也在不同领域得到了广泛的应用。软件仿真和建模作为研究感控网关键技术的重要手段,通过构建良好的网络模型,模拟评测不同应用环境下感控网的系统性能,从而达到更好地开发和部署系统的目的。目前,在感控网仿真方面,虽然已经有很多通用的技术框架,但是由于应用环境的差异性,这些仿真平台在评测特定应用领域的感控网时,不能提供相对精确的支持。本文针对实际课题中感控网的应用环境和要求,研究评测该感控网性能的方法,为项目的实际开发和部署提供修正建议和指导。因此,本文首先根据该感控网的应用环境和要求,设计并实现了集成无线节点的移动性、能耗、碰撞检测、信号衰减以及应用业务等模型的移动感控系统仿真平台,为性能评测工作提供定制的仿真环境。应用于不同领域和环境下的移动感控系统,其信道环境,流量负载和拓扑结构等都相差甚远,对系统能耗和生存时间也影响不一。本文通过研究现有的感控网信道模型和流量模型,设计并实现基于实际课题的模拟信道环境的路径损耗模型(Path Loss Model)和阴影模型(Shadowing Model),以及模拟实际业务的ON/OFF流量模型,在此基础上,提出了该感控网的生存时间预测方法。最后,结合本文感控网的网络拓扑与针对项目改进后的路由协议,采用数据分析与拟合建模的方法,创建不同的仿真场景尽可能真实地模拟实际的应用环境,对信道、业务以及整体能耗进行评测,对比分析实验结果,验证设计与实现工作的正确性。实验结果表明,虽然本文的移动感控系统仿真平台是针对特定感控网而建立,但是通过综合考虑多方面因素(包括节点移动性、信道、业务等)对系统能耗的影响,提高了能耗模型的精度和预测方法的准确性,为实际开发和部署提供了指导。
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