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面向高动态无线网络的信道状态收集系统研究
电子技术应用
张鸿云,彭进霖,林博
军事科学院 军事智能研究院
摘要:在以无线体域网为典型代表的高动态无线网络中,如何以高时间精度记录无线信道状态是开展传输优化方案研究的关键前置问题之一。以低成本便携化为核心目标,综合对比研究了几类典型无线开发组件,选取ESP32+ESP-NOW作为软硬件开发平台;并设计了一套高精度的无线信道状态收集记录系统。经过设计优化,这套软硬件系统最高能达到约257 μs的收发间隔。另外,通过控制变量的多组实验测试,详细评估了协议模式、收发速率、核心数、线程数、主频、串口通信及文件读写等变量对报文收发间隔和稳定性的影响。研究成果为高动态无线网络邻域的相关研究提供了设计方案和测试数据参考。
中图分类号:TN92 文献标志码:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.246007
中文引用格式:张鸿云,彭进霖,林博. 面向高动态无线网络的信道状态收集系统研究[J]. 电子技术应用,2025,51(5):44-49.
英文引用格式:Zhang Hongyun,Peng Jinlin,Lin Bo. Research on channel state collection system for high-dynamic wireless networks[J]. Application of Electronic Technique,2025,51(5):44-49.
Research on channel state collection system for high-dynamic wireless networks
Zhang Hongyun,Peng Jinlin,Lin Bo
Academy of Military Science
Abstract:In high-dynamic wireless networks, typically represented by Wireless Body Area Networks (WBANs), recording the state of wireless channels with high temporal precision is a critical preliminary issue for conducting research on transmission optimization schemes. With low cost and portability as core objectives, this paper comprehensively compares several typical wireless development components and selects ESP32+ESP-NOW as the hardware and software development platform. It also designs a set of high-precision wireless channel state collection and recording systems. After design optimization, this hardware and software system can achieve a maximum transmission interval of approximately 257 microseconds. Additionally, through multiple sets of experimental tests controlling variables, the effects of protocol mode, transmission rate, number of cores, thread count, CPU frequency, serial communication, and file read/write on packet transmission intervals and stability were evaluated in detail. The research findings of this paper provide design schemes and test data references for related research in the field of high-dynamic wireless networks.
Key words :wireless channel;wireless body area networks;state collection;ESP32;ESP-NOW

引言

物联网技术的发展极大地拓宽的网络覆盖的广度和深度,也极大地细化了网络覆盖的粒度。然而,由于部署环境复杂和信道特性独特等特征,在以无线体域网、无线个域网等为典型代表的新一代高动态无线网络中,如何保证无线数据传输的可靠性与高效性比其他无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)更具挑战性。记录收集真实的无线信道状态数据,如RSSI和CSI,是开展传输优化研究的基础。

现有的研究中有大量的工作聚焦于用数学公式对无线信道增益的建模拟合。其中一类探讨采用拟合概率分布以测量信道增益的小尺度衰落模型[1-4],其中较好的拟合分布是Lognormal、Gamma 和Weibull分布。另外一类是研究大规模衰落模型,有不少研究工作利用无线收发终端之间的距离来对无线信道的路径损耗进行建模[5-7]。这类基于数据建模的公式拟合,本质上仍然是一种信道仿真数据,在新型的高动态网络中仍然具备天然的劣势,也无法提供给依赖于真实信道数据的智能优化方案使用。

Hanlen等人[8]提出一套面向2.4 GHz频段的无线信道状态收集平台,该平台最高支持5 ms的时间记录精度。该平台的软硬件构建有较高技术门槛,TI的CC2XXX系列无线射频芯片的软硬件开发难度较大,且PCB板的定制对研发人员的电路设计能力也有较高要求。文献[9]提出一种基于Arduino及XBee的无线信道路径损耗的收集平台,该平台采用三明治结构组装构建,对开发者较为友好。该平台支持的最高信道状态收集时间精度也是5 ms,且由于三明治结构的集成度不高,该平台的体积较大,便携性较差。

本文的工作聚焦于高动态无线网络中信道状态数据的高时间精度记录收集,研究不同参数变量对数据收集的精度、稳定性能指标的影响,并通过设计优化,构建一套高集成度、小型化、自供电的信道状态数据收集软硬件平台。


本文详细内容请下载:

https://www.chinaaet.com/resource/share/2000006524


作者信息:

张鸿云,彭进霖,林博

(军事科学院 军事智能研究院,北京 100093)


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