《電子技術(shù)應(yīng)用》
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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。
中圖分類號：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.246007
中文引用格式： 張鴻云，彭進(jìn)霖，林博. 面向高動態(tài)無線網(wǎng)絡(luò)的信道狀態(tài)收集系統(tǒng)研究[J]. 電子技術(shù)應(yīng)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

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展極大地拓寬的網(wǎng)絡(luò)覆蓋的廣度和深度，也極大地細(xì)化了網(wǎng)絡(luò)覆蓋的粒度。然而，由于部署環(huán)境復(fù)雜和信道特性獨特等特征，在以無線體域網(wǎng)、無線個域網(wǎng)等為典型代表的新一代高動態(tài)無線網(wǎng)絡(luò)中，如何保證無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃耘c高效性比其他無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks, WSN）更具挑戰(zhàn)性。記錄收集真實的無線信道狀態(tài)數(shù)據(jù)，如RSSI和CSI，是開展傳輸優(yōu)化研究的基礎(chǔ)。

現(xiàn)有的研究中有大量的工作聚焦于用數(shù)學(xué)公式對無線信道增益的建模擬合。其中一類探討采用擬合概率分布以測量信道增益的小尺度衰落模型[1-4]，其中較好的擬合分布是Lognormal、Gamma 和Weibull分布。另外一類是研究大規(guī)模衰落模型，有不少研究工作利用無線收發(fā)終端之間的距離來對無線信道的路徑損耗進(jìn)行建模[5-7]。這類基于數(shù)據(jù)建模的公式擬合，本質(zhì)上仍然是一種信道仿真數(shù)據(jù)，在新型的高動態(tài)網(wǎng)絡(luò)中仍然具備天然的劣勢，也無法提供給依賴于真實信道數(shù)據(jù)的智能優(yōu)化方案使用。

Hanlen等人[8]提出一套面向2.4 GHz頻段的無線信道狀態(tài)收集平臺，該平臺最高支持5 ms的時間記錄精度。該平臺的軟硬件構(gòu)建有較高技術(shù)門檻，TI的CC2XXX系列無線射頻芯片的軟硬件開發(fā)難度較大，且PCB板的定制對研發(fā)人員的電路設(shè)計能力也有較高要求。文獻(xiàn)[9]提出一種基于Arduino及XBee的無線信道路徑損耗的收集平臺，該平臺采用三明治結(jié)構(gòu)組裝構(gòu)建，對開發(fā)者較為友好。該平臺支持的最高信道狀態(tài)收集時間精度也是5 ms，且由于三明治結(jié)構(gòu)的集成度不高，該平臺的體積較大，便攜性較差。

本文的工作聚焦于高動態(tài)無線網(wǎng)絡(luò)中信道狀態(tài)數(shù)據(jù)的高時間精度記錄收集，研究不同參數(shù)變量對數(shù)據(jù)收集的精度、穩(wěn)定性能指標(biāo)的影響，并通過設(shè)計優(yōu)化，構(gòu)建一套高集成度、小型化、自供電的信道狀態(tài)數(shù)據(jù)收集軟硬件平臺。


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作者信息：

張鴻云，彭進(jìn)霖，林博

（軍事科學(xué)院 軍事智能研究院，北京 100093）


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