无线传感网信道建模及对MAC/路由协议影响研究

With the development of Wireless Sensor Network (WSN) or Adhoc/Mesh, and the design of integrated information network, this project try to focus our research on Adhoc/Mesh channel modeling in three dimensional spatial domain, revealed the key characteristics of wireless channel with IEEE802.11/802.16 frequencies and in indoor/outdoor environments. Developed the Adhoc/Mesh channel models which are more precise and realistic, and with the asymmetric and irregularity; Due to the restrictions on energy and the compact design in sensor network nodes, developed the MIMO channel model in considering the vector sensor and the cross coupling between antennas for Adhoc/Mesh systems; Developed the new measurement and simulating technologies for realizing the simulation for MAC and routing protocols at the considering of the realistic channel model in Adhoc/Mesh systems；With the requirements of meteorological data acquisition, we will design and develop the meteorological skymesh experiment network. This study will form complete theories of Adhoc/Mesh channel models, developed the new simulation technologies for MAC and routing protocols, all research results have original in the wireless channel theory and key applications.

基于无线传感网(WSN或Adhoc/Mesh)的发展趋势和建设空天地(air/ground)新型综合信息网络的需求，本项目旨在研究三维空间域Adhoc/Mesh信道理论模型，揭示多频段和室内外无线信道的诸多关键因素，建立准确的符合实际的,而且具有非对称/不规则性的信道理论模型；针对传感网节点小型化与能量受限特点，结合互耦效应等效理论和电磁传感阵列理论，建立基于矢量传感器的传感网MIMO多天线收发理论模型；建立传感网信道模型的测定和分析仿真平台，实现对信道模型对传感网上层MAC协议和路由协议的影响研究，分析Adhoc/Mesh网络协议设计的信道影响关键因素；针对气象行业参与感知数据采集与融合信息网络的需求，建设气象观测预警传感网(Skymesh)应用实验系统。本研究将形成完整的无线传感网信道理论与MAC/路由协议性能分析和仿真新技术，在基础理论与关键应用技术方面取得具有原创性的研究成果。

针对移动信道和无线传感网WSN信道及其相关问题进行了深入研究。主要完成了“统计衰落信道中MIMO阵元方向性以及DUCA双环MIMO系统”、“基于车联网标准街道场景信道模型”、“城市密集弯道无线信道模型”、“基于多传感器WSN数据融合的决策模型”、“和“WSN信道的模糊染色定位算法与数据融合”等无线信道建模理论工作。在考虑衰落相关性SFC的同时引入天线单元方向性, 研究和开发了基于统计信道模型的终端MIMO多天线模型及性能评估方法, 提出了综合快速计算新方法, 建立了相关信道近似模型。阐明了多频段和室内外通信信道的诸多关键因素。另外针对室外WSN视距LOS/非视距NLOS传输环境下的车到车V2V系统, 提出了一种随机的参考信道模型。导出了发射角AOD以及到达角AOA的概率函数PDF解析式, 研究了多普勒功率谱密PSD及其时间自相关函数ACF, 阐明了模型多普勒参数以及街道散射体等因素对V2V通信系统性能的影响, 拓展了V2V无线信道建模方法并提供了有力的分析工具。另外在经典EBSBM基础上引入等效散射点概念, 提出了改进型的多跳散射信道模型。为克服现有信道模型的局限性, 更灵活地描述城市密集弯道V2V传输特性, 构建了新型宽带多入多出系统MIMO衰落信道模型。基于研究成果, 形成了较为完整的移动通信和传感网WSN信道建模理论和方法, 并研究分析WSN路由数据融合以及节点定位算法，为进一步研究特殊场景信道打下良好理论基础。针对气象行业需求，开发了传感网WSN节点设备和搭建了观测实验平台。项目组按计划进度要求，圆满完成了任务书规定的研究任务，发表高质量论文数和发明专利数均超出验收指标。在本项目的资助下已在知名期刊发表论文36篇。其中国际期刊China Communications、Wireless Persons Communications以及物理学报等刊物 SCI9篇和EI14篇，在本领域重要的国际会议VTC发表多篇论文，获得国家发明专利5 项；培养了博士生2名，硕士研究生15名。硕士论文《压缩感知理论及其在MIMO信道和天线阵列估计中的性能研究》和《基于空间统计信道建模及其MIMO性能研究分析》分别获得了2015和2016年度省优秀硕士论文。