[发明专利]一种海上无线传感器网络信号传播的海浪遮蔽方法

说明书

本发明涉及一种海上无线传感器网络信号传播的海浪遮蔽方法，用于计算当节点高度发生变化后，信号传播强度受海浪遮蔽影响的相应变化，其根据节点高度h确定遮蔽因子X_σ误差的大小，包含以下步骤：S1、确定遮蔽因子误差X_σ与节点高度h之间的关系；S2、通过链路空间遮挡区域的权重系列函数加权，计算遮蔽因子误差X_σ与节点高度h之间的关系系数λ；S3、根据遮蔽因子误差X_σ与节点高度h之间的关系系数λ，得到椭球体积加权的海浪遮蔽模型。本发明可根据节点高度确定遮蔽因子误差的大小，从而有效提高海上无线传感器网络中信号传播测量的准确度以及提高定位效率。

技术领域

本发明涉及一种海浪遮蔽方法，具体是指一种海上无线传感器网络信号传播的海浪遮蔽方法。

背景技术

无线传感器网络节点之间的射频信号(Radio Frequency，RF)被用来探测处于节点链路之间的物标，也可以被用来计算节点之间的距离。射频信号传播的自由空间是指信号传播所经过的无限大空间，在电波的实际传播过程中，如果在第一菲涅尔半径范围内其通信条件能够满足在自由空间中的传播条件，那么则可以认为电波是在自由空间中传播，自由空间模型是一种较理想的信号损耗模型。

在海上等室外空旷环境的通信条件下，发射节点和接收节点构成了通信链路，通常可以认为只有一条传输路径。当这条传输路径上不存在任何障碍物的遮挡时，链路衰减就能够符合自由空间的路径损耗模型。在无线传感器网络节点定位技术中，根据节点是否已知自身的位置，把传感器节点分为锚节点(也称信标节点)和未知节点。无线传感器网络中通常使用经验信号传播模型将传播损耗转化为距离，因此RSSI(Received SignalStrengthIndication，接收的信号强度指示)测距法通常使用下面的传播路径损耗遮蔽模型：

式中，d₀＝1m是参考距离，PL(d₀)是经过d₀距离后的损耗；d是实际距离；PL(d)是锚节点到未知节点的损耗；X_σ为遮蔽因子误差，n为路径损耗指数。

在遮蔽模型的使用过程中，通常需要进行大量的统计。节点在海上环境中受海浪影响的波动很大，海况越恶劣则波动越大。考虑到在信号传播过程中，海浪遮蔽为主要遮蔽影响因素，因此海上信号传播模型可表示为：

式中，d₀＝1m是参考距离，PL(d₀)是经过d₀距离后的损耗；d是实际距离；PL(d)是锚节点到未知节点的损耗；X_σ为经过测量的遮蔽因子误差，其均值为0且服从高斯分布；n_s为s风级下的路径损耗指数。

在海上无线传感器网络系统中，节点的高度h在海浪的影响下发生变化，根据菲涅尔理论及信号传播特性分析，节点在海浪波峰的时候将获得良好的传播条件，其接收到的信号强度优于平静海面。也就是说，节点距海面的高度h→+|h_max|时，遮蔽因子误差X_σ→-|X_σmax|，即：

接收的信号强度指示RSSI值的测量是定位算法执行的数据基础，如海上无线传感器网络测距定位的过程中，如图1所示，接收的信号强度指示RSSI值是一系列的离散值，用集合P表示：P＝{RSSI₁,RSSI₂,RSSI₃,RSSI₄,...,RSSI_n}，而X_σ即为RSSI_n与均值RSSI_a的误差，是均值为零且服从正态分布的；其中，RSSI_a具体为：