一种工业物联网环境中路径损耗预测方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种工业物联网环境中路径损耗预测方法和系统，其中方法包括获取信号发送功率、信号接收功功率、信号发送频率以及信号发送点与信号接收点的距离；构建实际路径损耗模型；拟合实际路径损耗模型的参数；计算频率路径损耗修正项；计算传播条件路径损耗修正项；计算金属机器遮挡路径损耗修正项；根据频率路径损耗修正项、传播条件路径损耗修正项和金属机器遮挡路径损耗修正项，构建路径损耗预测模型。本发明专利技术考虑工业物联网场景多频段、不同传播条件和金属机器遮挡的特点，能够精确地估计工业物联网场景下的路径损耗特性。解决现有的路径损耗预测方法可扩展性较差且难以适用于工业物联网场景的问题。用于工业物联网场景的问题。用于工业物联网场景的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种工业物联网环境中路径损耗预测方法和系统


[0001]本专利技术属于通信
，尤其涉及一种工业物联网环境中路径损耗预测方法和系统。

技术介绍

[0002]无线通信与智能传感技术的不断演进让无数的物理实体之间实现了泛在互联。其中基于第五代移动通信技术的工业物联网(Industrial Internet of Things，IIoT)应用受到了广泛的关注。在该场景下，人们利用大量无线通信链路，使各类传感器、自动流水线以及工业机器人之间相互配合，从而提升生产效率，实现工业自动化。显然，无线通信链路的稳定性将极大地影响生产效率、生产成本及生产各环节的安全性。因此，为了保证无线通信链路的可靠性，需要对工业物联网场景下的无线通信节点布设、链路预算、功率设置、干扰消除和技术选型进行充分分析，这极度依赖于该场景下的无线信道路径损耗模型。
[0003]综上所述，工业物联网环境的信道特性十分复杂多变，与传统环境区别较大，主要体现在：第一，设备频段多样，工厂中各类机械设备和传感设备的工作频段各不相同，从6GHz以下频段到毫米波频段跨度很广，电磁波在传播过程中的损耗也相差甚远。第二，传播条件不同，工厂环境中由于大量隔断的存在，导致视距和非视距传播条件下电磁波的传播机理区别很大，进而造成路径损耗有较大区别。第三，车间中存在大型金属类机械设备，会对电磁波造成反射、绕射或散射，进而影响电磁波的传播路径和损耗。可见现有信道路径损耗模型难以应用在工业物联网场景。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术中的不足，提供一种工业物联网环境中路径损耗预测方法和系统。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种工业物联网环境中路径损耗预测方法，包括：
[0006]获取工业物联网环境下的信号发送功率、信号接收功功率、信号发送频率以及信号发送点与信号接收点的距离；
[0007]根据所述信号发送功率、信号接收功率、信号发送频率以及信号发送点与信号接收点的距离，构建实际路径损耗模型；
[0008]拟合所述实际路径损耗模型的参数；
[0009]根据所述信号发送频率和所述实际路径损耗模型的参数，计算频率路径损耗修正项；
[0010]根据所述信号发送频率和所述实际路径损耗模型的参数，计算传播条件路径损耗修正项；所述传播条件包括信号发送点与信号接收点为视距传播或非视距传播；
[0011]根据所述信号发送频率、信号发送点与信号接收点的距离和所述实际路径损耗模型的参数，计算金属机器遮挡路径损耗修正项；
[0012]根据所述频率路径损耗修正项、传播条件路径损耗修正项和金属机器遮挡路径损
耗修正项，构建路径损耗预测模型。
[0013]进一步地，所述根据所述信号发送功率、信号接收功率、信号发送频率以及信号发送点与信号接收点的距离，构建实际路径损耗模型，包括：
[0014]构建的所述实际路径损耗模型的表达式为：
[0015][0016]其中，f为信号发送频率；d为信号发送点与信号接收点的距离；ε为是否存在金属机器，如果存在，ε＝1，如果不存在，ε＝0；δ为信号发送点与信号接收点的传播条件，如果传播条件为视距传播，δ＝0，如果传播条件为视距传播，δ＝1；P
t
(f)为信号发送频率f下的信号发送功率；P
r
(d,f,ε,δ)为信号接收功率；PL1(d,f,ε,δ)为实际路径损耗。
[0017]进一步地，所述根据所述信号发送频率和所述实际路径损耗模型的参数，计算频率路径损耗修正项，包括：
[0018]根据以下公式计算频率路径损耗修正项：
[0019]FPL(f)＝10γlgf；
[0020]其中，FPL(f)为频率路径损耗修正项；γ为所述实际路径损耗模型的参数；f为信号发送频率。
[0021]进一步地，所述根据所述信号发送频率和所述实际路径损耗模型的参数，计算传播条件路径损耗修正项，包括：
[0022]根据以下公式计算传播条件路径损耗修正项：
[0023]CPL(f)＝k1f+C1；
[0024]其中，CPL(f)为传播条件路径损耗修正项；k1和C1均为所述实际路径损耗模型的参数；f为信号发送频率。
[0025]进一步地，所述根据所述信号发送频率、信号发送点与信号接收点的距离和所述实际路径损耗模型的参数，计算金属机器遮挡路径损耗修正项，包括：
[0026]根据以下公式计算金属机器遮挡路径损耗修正项：
[0027]MPL(d,f,δ)＝k2d+εk3lgf+C2；
[0028]其中，MPL(d,f,δ)为金属机器遮挡路径损耗修正项；k2、k3和C2均为所述实际路径损耗模型的参数；f为信号发送频率；d为信号发送点与信号接收点的距离；ε为是否存在金属机器，如果存在，ε＝1，如果不存在，ε＝0；δ为信号发送点与信号接收点的传播条件，如果传播条件为视距传播，δ＝0，如果传播条件为视距传播，δ＝1。
[0029]进一步地，所述根据所述频率路径损耗修正项、传播条件路径损耗修正项和金属机器遮挡路径损耗修正项，构建路径损耗预测模型，包括：
[0030]构建的路径损耗预测模型表达式为：
[0031]PL(d,f,ε,δ)＝α+10βlgd+FPL(f)+δCPL(f)+εMPL(d,ε,δ)；
[0032]其中，PL(d,f,ε,δ)为预测路径损耗；α、β均为所述实际路径损耗模型的参数；f为信号发送频率；d为信号发送点与信号接收点的距离；ε为是否存在金属机器，如果存在，ε＝1，如果不存在，ε＝0；δ为信号发送点与信号接收点的传播条件，如果传播条件为视距传播，δ＝0，如果传播条件为视距传播，δ＝1；FPL(f)为频率路径损耗修正项；CPL(f)为传播条件路径损耗修正项；MPL(d,f,δ)为金属机器遮挡路径损耗修正项。
[0033]第二方面，本专利技术提供一种工业物联网环境中路径损耗预测系统，包括：
[0034]获取模块，用于获取工业物联网环境下的信号发送功率、信号接收功功率、信号发送频率以及信号发送点与信号接收点的距离；
[0035]第一构建模块，用于根据所述信号发送功率、信号接收功率、信号发送频率以及信号发送点与信号接收点的距离，构建实际路径损耗模型；
[0036]拟合模块，用于拟合所述实际路径损耗模型的参数；
[0037]第一计算模块，用于根据所述信号发送频率和所述实际路径损耗模型的参数，计算频率路径损耗修正项；
[0038]第二计算模块，用于根据所述信号发送频率和所述实际路径损耗模型的参数，计算传播条件路径损耗修正项；所述传播条件包括信号发送点与信号接收点为视距传播或非视距传播；
[0039]第三计算模块，用于根据所述信号发送频率、信号发送点与信号接收点的距离和所述实际路径损耗模型的参数，计算金属机器遮挡路径损耗修正项；
[0040]第二构建模块，用于根据所述频率路径损耗修正项、传播条件路径损耗修正本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种工业物联网环境中路径损耗预测方法，其特征在于，包括：获取工业物联网环境下的信号发送功率、信号接收功功率、信号发送频率以及信号发送点与信号接收点的距离；根据所述信号发送功率、信号接收功率、信号发送频率以及信号发送点与信号接收点的距离，构建实际路径损耗模型；拟合所述实际路径损耗模型的参数；根据所述信号发送频率和所述实际路径损耗模型的参数，计算频率路径损耗修正项；根据所述信号发送频率和所述实际路径损耗模型的参数，计算传播条件路径损耗修正项；所述传播条件包括信号发送点与信号接收点为视距传播或非视距传播；根据所述信号发送频率、信号发送点与信号接收点的距离和所述实际路径损耗模型的参数，计算金属机器遮挡路径损耗修正项；根据所述频率路径损耗修正项、传播条件路径损耗修正项和金属机器遮挡路径损耗修正项，构建路径损耗预测模型。2.根据权利要求1所述的路径损耗预测方法，其特征在于，所述根据所述信号发送功率、信号接收功率、信号发送频率以及信号发送点与信号接收点的距离，构建实际路径损耗模型，包括：构建的所述实际路径损耗模型的表达式为：其中，f为信号发送频率；d为信号发送点与信号接收点的距离；ε为是否存在金属机器，如果存在，ε＝1，如果不存在，ε＝0；δ为信号发送点与信号接收点的传播条件，如果传播条件为视距传播，δ＝0，如果传播条件为视距传播，δ＝1；P
t
(f)为信号发送频率f下的信号发送功率；P
r
(d,f,ε,δ)为信号接收功率；PL1(d,f,ε,δ)为实际路径损耗。3.根据权利要求2所述的路径损耗预测方法，其特征在于，所述根据所述信号发送频率和所述实际路径损耗模型的参数，计算频率路径损耗修正项，包括：根据以下公式计算频率路径损耗修正项：FPL(f)＝10γlgf；其中，FPL(f)为频率路径损耗修正项；γ为所述实际路径损耗模型的参数；f为信号发送频率。4.根据权利要求3所述的路径损耗预测方法，其特征在于，所述根据所述信号发送频率和所述实际路径损耗模型的参数，计算传播条件路径损耗修正项，包括：根据以下公式计算传播条件路径损耗修正项：CPL(f)＝k1f+C1；其中，CPL(f)为传播条件路径损耗修正项；k1和C1均为所述实际路径损耗模型的参数；f为信号发送频率。5.根据权利要求4所述的路径损耗预测方法，其特征在于，所述根据所述信号发送频率、信号发送点与信号接收点的距离和所述实际路径损耗模型的参数，计算金属机器遮挡路径损耗修正项，包括：根据以下公式计算金属机器遮挡路径损耗修正项：
MPL(d,f,δ)＝k2d+εk3lgf+C2；其中，MPL(d,f,δ)为金属机器遮挡路径损耗修正项；k2、k3和C2均为所述实际路径损耗模型的参数；f为信号发送频率；d为信号发送点与信号接收点的距离；ε为是否存在金属机器，如果存在，ε＝1，如果不存在，ε＝0；δ为信号发送点与信号接收点的传播条件，如果传播条件为视距传播，δ＝0，如果传播条件为视距传播，δ＝1。6.根据权利要求5所述的路径损耗预测方法，其特征在于，所述根据所述频率路径损耗修正项、传播条件路径损耗修正项和金属机器遮挡路径损耗修正项，构建路径损耗预测模型，包括：构建的路径损耗预测模型表达式为：PL(d,f,ε,δ)＝α+10βlgd+FPL(f)+δCPL(f)+εMPL(d,ε,δ)；其中，PL(d,f,ε,δ)为预测路径损耗；α、β均为所述实际...

【专利技术属性】
技术研发人员：余雨，何孙晶，刘婷婷，曾文浩，杨洁，包永强，朱昊，赵千倩，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：