CN105246089A - 用于移动式自适应无线网络中继器的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种用于移动式自适应无线网络中继器的方法和装置，涉及中继器技术领域。本发明用于移动式自适应无线网络中继器的方法，其特点在于，包括步骤：A，建立通信链路中实际吞吐量与接收器和发射器之间距离的关系模型；B，建立自适应优化算法。通过包括搭载中继器的移动平台(1)，用于移动平台(1)和用户的定位系统(2)及其控制器(3)，即通过移动式中继器的设计和优化空间中无线电波的传输路径对吞吐量进行实时的改善，比通常对物理层和数据链路层参数进行的优化更加灵活。为有效改善基于IEEE802.11标准的无线网络中，尤其是在建筑结构较复杂的室内环境中，信号往往无法很好地覆盖的用户网络使用提供了坚实的技术物质基础。

Description

用于移动式自适应无线网络中继器的方法和装置

技术领域

本发明涉及中继器技术领域，具体指一种用于移动式自适应无线网络中继器的方法和装置。

背景技术

在广泛使用的基于IEEE802.11标准的无线网络中，传统的单个网络接入点(单路由器)存在着局限性，尤其是在建筑结构较复杂的室内环境中，信号往往无法很好地覆盖。若采用普通的中继器进行放大再生，由于室内结构的不同以及人员的走动都会导致无线传输不可预测的干扰和波动，场强分布往往不均匀甚至有盲区存在；更无法根据上网者的位置变化优化网络链路。针对无线网络信号的不稳定性以及无线定位的需求，国内外的研究者提出了许多解决方法，为无线网络的应用打开了无限广阔的空间。但未见有关中继器改进的报道，特别关于移动式自适应无线网络中继器的文献。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺失和不足，提出一种用于移动式自适应无线网络中继器的方法，以IEEE802.11为基础，通过理论推导和实验相结合的方式，建立用户和接入点间两段通信链路距离与用户端实际吞吐量的关系模型，据此计算出中继器最优位置并实时调整中继器的位置。

本发明对于实际吞吐量影响因素的分析，基于IEEE802.11标准的无线局域网，在日常生活中起到了不可或缺的作用。它对网络接入几乎不存在限制，对移动性有很好的支持。但正是因为其适应性和网络链路结构不受太多限制，导致实际吞吐量，即用户端的数据传输速率，受制于大量复杂因素。为最终得到优化用户实际吞吐量的算法的基本思路，通过就影响用户实际吞吐量的几个因素的分析。建立通信链路中实际吞吐量与接收器和发射器之间距离的关系模型，首先对影响实际吞吐量的因素进行理论分析，并基于分析结果择取主要因素完成相应实验以确定链路下行吞吐量效率与接收端信噪比的关系，然后选择确立一种适合的信号路径损耗模型，进一步推导信噪比与收发机距离的关系。

分析中继器对通讯链路性能的损耗，并整合建立模型，建立计算中继器最优位置的算法，其中对两跳网络的网络性能进行了理论分析和实验，设计了一个可以定量表示网络性能损耗的模型并验证了其正确性。

基于以上各部分设计的路径优化模型，提出并实现移动式中继器原型机硬件的搭建和程序控制，以及在有障碍物的情况下对路径规划算法作出的调整。

本发明用于移动式自适应无线网络中继器的方法，其特点在于，包括步骤：

A，建立通信链路中实际吞吐量与接收器和发射器之间距离的关系模型；

B，建立自适应优化算法。

所述步骤A还包括：

A1.推导吞吐量与信噪比的定量关系

T＝T₀＊(0.02583＊SNR²-0.6319＊SNR+3.9583)(1)

SNR＜42dB

T＝T₀＊0.22SNR≥42dB

其中，T为通讯吞吐量，T₀为设备之间支持的最高通讯协调速率，SNR为信噪比；

A2.建立断点模型

L(d)＝L_FS(d)+SFd≤d_BP

L(d)＝L_FS(d_BP)+35lg(d/d_BP)+SFd＞d_BP

(2)

式中，d为发射器与接收器之间的距离，单位为米；

d_BP为断点距离，单位为米；L_FS是以dB为单位的自由空间路径损耗，定义为：

L_FS(d)＝20lg(d)+20lg(f)-147.5

(3)

式中的载频f以Hz为单位；

SF是以dB为单位的遮蔽衰落损失，以零均值的对数正态分布为模型，即

$p_{SF}\left(X\right)=1/\left(2{\mathrm{\π\σ}}_{SF}\right)^0.5*{\exp }^{(-x^2/2_{\mathrm{\σ}}SF^2)}---\left(4\right)$

式中的σ_SF为遮蔽衰落的标准差，模型中定义的σ_SF在断点前和断点后分别为3和5；

建立距离与信号路径损耗之间的函数关系，取遮蔽衰落损失的均值0；将式(3)、载波频率2.4Ghz、断点距离5米代入式(2)整理后，得到信号路径损耗(dBm)与传播路径之间的函数关系式：

PL(d)＝20lg(d)+40.1d≤5m

PL(d)＝35lg(d)+29.6d＞5m

(5)；

A3.中继器性能损耗分析

T_总(T₁，T₂)＝T₁T₂/(T₁+T₂+0.003337*T₁T₂)；

其中，T_总为用户连接至中继器时与接入点连接的吞吐量；

T₁为中继器与接入点连接的吞吐量；

T₂为用户与中继器连接的吞吐量。

所述步骤B还包括：

B1.建立中继器优化模型

B1.1建立直角坐标系，以直角坐标的形式输入场地范围，用户、网络接入点坐标，无线信号发射功率，发射端与接受端增益，网络接入点与中继器、中继器与用户端之间支持的最高通讯协调速率；

B1.2在建立的直角坐标系中，根据步骤A2.断点模型得到网络接入点与中继器、中继器与用户之间信号路径损耗，单位：分贝；

B1.3根据无线信号发射功率，发射端与接受端增益，网络接入点与中继器、中继器与用户端之间的最高通讯协调速率，基于：

T＝T₀＊(2.583＊10^-4＊PL²-0.0505＊PL+2.470)PL＞68dB

T＝T₀＊0.220PL≤68dB

分别获得网络接入点与中继器，中继器与用户端之间的吞吐量表达式；

其中，T₀为设备之间支持的最高通讯协调速率，PL是信号路径损耗；

B1.4根据步骤A3.中继器性能损耗分析，获得用户端实际吞吐量关于两段通讯的吞吐量的表达式：

T总(T1，T2)＝T1T2/(T1+T2+0.003337*T1T2)(6)

T＝T0*(2.583*10-4*PL2-0.0505*PL+2.470)(7)

PL＞68dB

T＝T0*0.220PL≤68dB

PL(d)＝20lg(d)+40.1d≤5m(8)

PL(d)＝35lg(d)+29.6d＞5m

其中，以网络接入点为原点，取任意方向为x轴正方向，设最佳目标中继器位置O(X_O，Y_O)；

记由定位系统输入的用户坐标P(X_P，Y_P)；

网络接入点与中继器、中继器与用户之间支持的最高通讯协调速率分别为T₀₁，T₀₂；

设网络接入点与最佳目标中继器位置距离为d₁，最佳目标中继器位置与用户距离为d₂；

网络接入点与中继器之间吞吐量为T₁，中继器与用户之间吞吐量为T₂，且均满足(7)式；

网络接入点与中继器之间的路径损耗为PL₁，中继器与用户之间的路径损耗为PL₂，且均满足(8)式；

根据距离的定义，有：

d₁＝(X_O ²+Y_O ²)^0.5

d₂＝[(X_O-X_P)²+(Y_O-Y_P)²]^0.5

故对于任意中继器位置O(X_O，Y_O)，均有确定的用户实际吞吐量T_总；

B1.5输出用户端实际吞吐量与中继器位置的对应关系表达式；

进一步，步骤B优化方式：

b1.输入用户端实际吞吐量与中继器位置的对应关系表达式；

b2.以1米为精度，遍历中继器在坐标系内，排除障碍物所在区域后的场地范围，获得吞吐量最大值对应坐标；

b3.在b2中获得最优坐标周围2米＊2米的范围内以0.1米为精度，遍历该范围内位置，获得此时吞吐量最大值对应坐标，精确到0.1米；

b4.输出对应实际吞吐量最大的中继器最优坐标；

b5.根据模型建立步骤B1.1的一次输入，获得优化步骤b4中的一个输出，即中继器的最优坐标。

本发明用于移动式自适应无线网络中继器的装置，包括搭载中继器的移动平台1，用于移动平台1和用户的定位系统2及其控制器3。

所述的装置，包括以下步骤：

A.系统初始化；

B.定位系统2输入用户坐标。

还包括以下步骤：

步骤1.建立直角坐标系，以直角坐标的形式输入场地范围，场地中障碍物区域范围，网络接入点位置及4个CC2430定位参考节点位置至定位系统2，完成；

步骤2.定位系统2以直角坐标的形式输出用户位置和当前中继器位置至控制器3；

步骤3.控制器3根据吞吐量优化算法得出最优中继器位置；

步骤4.控制器3输出最佳目标中继装置坐标及当前中继器坐标至移动平台；

步骤5.移动平台根据当前中继器坐标及最佳目标中继器坐标计算移动路径；

步骤6.移动平台移动至最佳目标中继器坐标；

步骤7.回到步骤2，进行下一次移动优化。

系统的硬件设计与实现

所述移动平台1负责根据控制器3基于本发明的中继器位置优化算法得出的最优点坐标以及所在位置坐标，计算运动路径并驱动平台搭载中继器移动至最优点，维持通信链路在算法预测的最优。

所述定位系统2负责获取移动平台1及用户的实时位置信息并转发至及其控制器3算法参数输入接口。

所述控制器3与移动平台1的通信控制也通过定位系统2的硬件实现(并使用Zigbee系统与上位机进行定位和通讯)。

本发明通过移动式中继器的设计和优化空间中无线电波的传输路径对吞吐量进行实时的改善。本方法比通常对物理层和数据链路层参数进行的优化更加灵活，有效改善了用户实际吞吐量和网络使用体验。

附图说明

图1.为本发明用于移动式自适应无线网络中继器的方法流程框图；

图2.为本发明用于移动式自适应无线网络中继器的装置示意图；

图3.为本发明用于移动式自适应无线网络中继器的装置工作流程框图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步描述

本发明用于移动式自适应无线网络中继器的方法，其特点在于，包括步骤(如附图1所示)：

A，建立通信链路中实际吞吐量与接收器和发射器之间距离的关系模型。

B，建立自适应优化算法。

所述步骤A还包括：

A1.推导吞吐量与信噪比的定量关系

T＝T₀＊(0.02583＊SNR²-0.6319＊SNR+3.9583)(1)

SNR＜42dB

T＝T₀＊0.22SNR≥42dB

其中，T为通讯吞吐量，T₀为设备之间支持的最高通讯协调速率，SNR为信噪比。

A2.建立断点模型

L(d)＝L_FS(d)+SFd≤d_BP

L(d)＝L_FS(d_BP)+35lg(d/d_BP)+SFd＞d_BP

(2)

式中，d为发射器与接收器之间的距离，单位为米。

d_BP为断点距离，单位为米；L_FS是以dB为单位的自由空间路径损耗，定义为：

L_FS(d)＝20lg(d)+20lg(f)-147.5

(3)

式中的载频f以Hz为单位。

SF是以dB为单位的遮蔽衰落损失，以零均值的对数正态分布为模型，即

$p_{SF}\left(X\right)=1/\left(2{\mathrm{\π\σ}}_{SF}\right)^0.5*{\exp }^{(-x^2/2_{\mathrm{\σ}}SF^2)}---\left(4\right)$

式中的σ_SF为遮蔽衰落的标准差，模型中定义的σ_SF在断点前和断点后分别为3和5。

建立距离与信号路径损耗之间的函数关系，取遮蔽衰落损失的均值0；将式(3)、载波频率2.4Ghz、断点距离5米代入式(2)整理后，得到信号路径损耗(dBm)与传播路径之间的函数关系式：

PL(d)＝20lg(d)+40.1d≤5m

PL(d)＝35lg(d)+29.6d＞5m

(5)；

A3.中继器性能损耗分析

T_总(T₁，T₂)＝T₁T₂/(T₁+T₂+0.003337*T₁T₂)。

其中，T_总为用户连接至中继器时与接入点连接的吞吐量。

T₁为中继器与接入点连接的吞吐量。

T₂为用户与中继器连接的吞吐量。

所述步骤B还包括：

B1.建立中继器优化模型

B1.1建立直角坐标系，以直角坐标的形式输入场地范围，用户、网络接入点坐标，无线信号发射功率，发射端与接受端增益，网络接入点与中继器、中继器与用户端之间支持的最高通讯协调速率。

B1.2在建立的直角坐标系中，根据步骤A2.断点模型得到网络接入点与中继器、中继器与用户之间信号路径损耗，单位：分贝。

B1.3根据无线信号发射功率，发射端与接受端增益，网络接入点与中继器、中继器与用户端之间的最高通讯协调速率，基于：

T＝T₀＊(2.583＊10^-4＊PL²-0.0505＊PL+2.470)PL＞68dB

T＝T₀＊0.220PL≤68dB

分别获得网络接入点与中继器，中继器与用户端之间的吞吐量表达式。

其中，T₀为设备之间支持的最高通讯协调速率，PL是信号路径损耗。

B1.4根据步骤A3.中继器性能损耗分析，获得用户端实际吞吐量关于两段通讯的吞吐量的表达式：

T总(T1，T2)＝T1T2/(T1+T2+0.003337*T1T2)(6)

T＝T0*(2.583*10-4*PL²-0.0505*PL+2.470)(7)

PL＞68dB

T＝T0*0.220PL≤68dB

PL(d)＝20lg(d)+40.1d≤5m(8)

PL(d)＝35lg(d)+29.6d＞5m

其中，以网络接入点为原点，取任意方向为x轴正方向，设最佳目标中继器位置O(X_O，Y_O)。

由定位系统输入的用户坐标P(10.0，15.0)。

网络接入点与中继器、中继器与用户之间支持的最高通讯协调速率均为144Mbps。

设网络接入点与最佳目标中继器位置距离为d₁，最佳目标中继器位置与用户距离为d₂。

网络接入点与中继器之间吞吐量为T₁，中继器与用户之间吞吐量为T₂，且均满足(7)式。

网络接入点与中继器之间的路径损耗为PL₁，中继器与用户之间的路径损耗为PL₂，且均满足(8)式。

根据距离的定义，有：

d₁＝(X_O ²+Y_O ²)^0.5

d₂＝[(X_O-10)²+(Y_O-15)²]^0.5

B1.5输出用户端实际吞吐量与中继器位置的对应关系表达式：

T_总(T₁，T₂)＝T₁T₂/(T₁+T₂+0.003337*T₁T₂)

T₁＝144＊(2.583＊10^-4＊PL₁ ²-0.0505＊PL₁+2.470)PL＞68dB

T₁＝144＊0.220PL≤68dB

T₂＝144＊(2.583＊10^-4＊PL₂ ²-0.0505＊PL₂+2.470)PL＞68dB

T₂＝144＊0.220PL≤68dB

PL₁(d)＝20lg(d₁)+40.1d≤5m

PL₁(d)＝35lg(d₁)+29.6d＞5m

PL₂(d)＝20lg(d₂)+40.1d≤5m

PL₂(d)＝35lg(d₂)+29.6d＞5m

d₁＝(X_O ²+Y_O ²)^0.5

d₂＝[(X_O-10)²+(Y_O-15)²]^0.5

进一步，步骤B优化方式：

b1.输入用户端实际吞吐量与中继器位置的对应关系表达式。

b2.以1米为精度，遍历中继器在坐标系内，排除障碍物所在区域后的场地范围，获得吞吐量最大值对应坐标：(5，7)

b3.在b2中获得最优坐标周围2米＊2米的范围内以0.1米为精度，遍历该范围内位置，获得此时吞吐量最大值对应坐标，精确到0.1米。

b4.输出对应实际吞吐量最大的中继器最优坐标：(5.0，7.5)

b5.根据模型建立步骤B1.1的一次输入，获得优化步骤b4中的一个输出，即中继器的最优坐标。

本发明用于移动式自适应无线网络中继器的装置，包括搭载中继器的移动平台1，用于移动平台1和用户的定位系统2及其控制器3(如附图2所示)。

所述的装置工作，包括以下步骤(如附图3所示)：

A.系统初始化。

B.定位系统2输入用户坐标：(10.0，15.0)。

还包括以下步骤：

步骤1.建立直角坐标系，以直角坐标的形式输入场地范围，场地中障碍物区域范围：(1.0，2.0)-(4.0，3.0)，网络接入点位置(0，0)及4个CC2430定位参考节点位置至定位系统2，完成。

步骤2.定位系统2以直角坐标的形式输出用户位置(10.0，15.0)和当前中继器位置(3.0，5.0)至控制器3。

步骤3.控制器3根据吞吐量优化算法得出最优中继器位置(5.0，7.5)。

步骤4.控制器3输出最佳目标中继装置坐标(5.0，7.5)及当前中继器坐标(3.0，5.0)至移动平台1。

步骤5.移动平台1根据当前中继器坐标及最佳目标中继器坐标计算移动路径。

步骤6.移动平台1移动至最佳目标中继器坐标：(5.0，7.5)。

步骤7.回到步骤2，进行下一次移动优化。

系统的硬件设计与实现

所述移动平台1负责根据控制器3基于本发明的中继器位置优化算法得出的最优点坐标以及所在位置坐标，计算运动路径并驱动平台搭载中继器移动至最优点，维持通信链路在算法预测的最优。

所述定位系统2负责获取移动平台及用户的实时位置信息并转发至及其控制器3算法参数输入接口。

所述控制器3与移动平台1的通信控制也通过定位系统2的硬件实现(并使用Zigbee系统与上位机进行定位和通讯)。

进一步，移动平台1的硬件设计：

移动平台1采用VEX铝合金结构件搭建，为实现移动及转向功能，移动平台1使用两轮差动设计，以两个驱动后轮和一个万向前轮组成，其中驱动轮分别连接了一个90齿光电编码器，较精确地实时监测两个驱动轮的运动情况：移动速度、通过距离和运动方向；后轮的驱动装置则分别采用一个VEX的直流电机。在实现基本受控移动功能的基础上，为使移动平台1尽可能小巧灵活，移动平台1由两个对称的后轮驱动模块组装而成，而前轮则固定在两个驱动轮模块之间，既实现了功能，又尽可能利用了移动平台1内部的空间。

所述移动平台1控制模块选用目前被广泛应用的Arduino单片机，该系统的操作性，兼容性，以及性能均能满足小型应用的需求，成本和编程的复杂度都不高。为驱动两枚5V直流电机，并使用Zigbee系统与控制器3进行定位和通讯，使用的Arduino单片机还搭载了L293直流电机盾板和I/O扩展盾板。L293控制器能够向至多两个直流电机输出稳定的电流并支持PWM控制；I/O扩展板提供了更丰富的传感器接口，例如Zigbee/Xbee通用的20针接口，I2C扩展接口，SD卡接口等，这里需要使用到的主要是Zigbee的20针接口，I2C扩展接口以及电源控制扩展接口。

在传感器上移动平台1搭载了2个光电编码器，分别占用一个数字IO接口，还使用了HMC5883L磁阻传感器以准确便捷快速地确定移动平台1的移动方向，该传感器通过I2C接口与移动平台1通信。考虑到移动平台1配备有两个直流电机以及其他传感器，电源选择了输出电压为7.4V，容量为2200mAh的锂聚合物电池，在保证不增加过大负载的同时提供持续的电力输出。

定位系统2的选用：

本发明的位置信息由ZigbeeCC2430/2431定位系统2获取，系统具有定位精度较高，定位限制小，定位计算所需时间短等优势和特点。CC2430/2431是TI基于802.15.4协议开发的无线传感器，使用Zigbee2006协议栈，其中CC2430作为系统的参考节点，CC2431则在CC2430的基础上增加了硬件定位系统，作为定位系统2的盲节点，即待定位节点。定位功能的实现主要依靠CC2430系列无线电信号在空间中的衰减与距离较好的对应关系，一个盲节点在与周围3个以上的参考节点进行交互后，可以根据通信数据包中的RSSI值较可靠地推算距离，并进行三角定位。该计算定位操作由盲节点CC2431通过硬件完成，控制器3的应用软件界面则通过盲节点反馈的数据进行图像显示和控制等。

在本发明的应用环境中，首先需要布置4个CC2430参考节点并记录其参考位置，然后将参考节点的位置信息通过Z-Location设置于对应的参考节点，以便于盲节点在定位时进行参考。多个盲节点则分别由移动的用户携带，同时安装在移动平台1控制模块的I/O扩展板上。准备工作就此完成。

系统开始运行后，盲节点将不断地与参考节点进行交互实现定位，并将所计算的位置信息通过与控制器3串口连接的协调器发送至应用程序接口。本发明的中继器位置优化算法再根据用户位置信息确定最优点坐标，将最优点坐标与移动平台1坐标发送至移动平台1，进行后续的路径规划和移动。

使用Zigbee进行定位的优势：

1.技术较为成熟。定位精度较高，能稳定在2米左右；定位快捷，定位算法全部集成于传感器硬件中；范围广，可以根据需要进行延伸；容量大，可以根据需要增加或减少盲节点数量。

2.利用无线电信号衰减定位可靠性高。其他室内定位措施，例如超声定位，红外定位等，对于环境的要求较高，遇到障碍物时系统无法工作。

3.Zigbee芯片体积，质量，功耗都很小，供电模块只需使用一般5号电池即能维持数月的持续工作，便于用户随身携带。

驱动算法的设计与实现

移动平台1由搭载的控制模块控制驱动。通过搭载的Zigbee模块与控制器3连接的协调器进行无线通信，接收控制器3发送的目标位置以及移动平台1当前位置。在一般情况下，移动平台1会根据当前位置以及目标位置规划一条直线路径，以便最快到达目的地。移动平台1进一步会利用搭载的HMC5883L磁阻传感器获取当前移动平台1的朝向，在磁阻传感器的正反馈下旋转，直至朝向目标位置。完成准备后开始移动，并在完成预定移动路径后恢复至等待状态，准备下一次接收位置信息并开始新一次的移动调整。

所述移动平台1搭载的控制模块使用Arduino提供的IDE进行编程，编程语言为基于C语言的AVRC语言。优势在于开发界面集成了大量常用单片机控制功能，并有全球各地大量的开发者在不断地对Arduino的第三方库进行补充，移动平台1搭载的磁阻传感器HMC5883L使用官方提供的库控制通讯。

综上所述，本发明通过移动式中继器的设计和优化空间中无线电波的传输路径对吞吐量进行实时的改善，比通常对物理层和数据链路层参数进行的优化更加灵活。为有效改善在广泛使用的基于IEEE802.11标准的无线网络中，针对无线网络信号的不稳定性以及无线定位的需求以及传统的单个网络接入点(单路由器)存在着局限性，尤其是在建筑结构较复杂的室内环境中，信号往往无法很好地覆盖的用户实际吞吐量和网络使用提供了坚实的技术物质基础。

Claims (6)

1.一种用于移动式自适应无线网络中继器的方法，以IEEE802.11为基础，其特征在于，包括步骤：

A，建立通信链路中实际吞吐量与接收器和发射器之间距离的关系模型；

B，建立自适应优化算法。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A还包括：

A1.推导吞吐量与信噪比的定量关系

T＝T₀＊(0.02583＊SNR²-0.6319＊SNR+3.9583)(1)

SNR＜42dB

T＝T₀＊0.22SNR≥42dB

其中，T为通讯吞吐量，T₀为设备之间支持的最高通讯协调速率，SNR为信噪比；

A2.建立断点模型

L(d)＝L_FS(d)+SFd≤d_BP

L(d)＝L_FS(d_BP)+35lg(d/d_BP)+SFd＞d_BP

(2)

式中，d为发射器与接收器之间的距离，单位为米；

d_BP为断点距离，单位为米；L_FS是以dB为单位的自由空间路径损耗，定义为：

L_FS(d)＝20lg(d)+20lg(f)-147.5

(3)

式中的载频f以Hz为单位；

SF是以dB为单位的遮蔽衰落损失，以零均值的对数正态分布为模型，即

$p_{SF}\left(x\right)=1/\left(2{\mathrm{\π\σ}}_{SF}\right)^0.5*{\exp }^{(-x^2/2_{\mathrm{\σ}}SF^2)}$

(4)

式中的σ_SF为遮蔽衰落的标准差，模型中定义的σ_SF在断点前和断点后分别为3和5；

建立距离与信号路径损耗之间的函数关系，取遮蔽衰落损失的均值0；将式(3)、载波频率2.4Ghz、断点距离5米代入式(2)整理后，得到信号路径损耗(dBm)与传播路径之间的函数关系式：

PL(d)＝20lg(d)+40.1d≤5m

PL(d)＝35lg(d)+29.6d＞5m

(5)；

A3.中继器性能损耗分析

T_总(T₁，T₂)＝T₁T₂/(T₁+T₂+0.003337*T₁T₂)；

其中，T_总为用户连接至中继器时与接入点连接的吞吐量；

T₁为中继器与接入点连接的吞吐量；

T₂为用户与中继器连接的吞吐量。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B还包括：

B1.建立中继器优化模型；

B1.1建立直角坐标系，以直角坐标的形式输入场地范围，用户、网络接入点坐标，无线信号发射功率，发射端与接受端增益，网络接入点与中继器、中继器与用户端之间支持的最高通讯协调速率；

B1.2在建立的直角坐标系中，根据步骤A2.断点模型得到网络接入点与中继器、中继器与用户之间信号路径损耗，单位：分贝；

B1.3根据无线信号发射功率，发射端与接受端增益，网络接入点与中继器、中继器与用户端之间的最高通讯协调速率，基于：

T＝T₀＊(2.583＊10^-4＊PL²-0.0505＊PL+2.470)PL＞68dB

T＝T₀＊0.220PL≤68dB

分别获得网络接入点与中继器，中继器与用户端之间的吞吐量表达式；

其中，T₀为设备之间支持的最高通讯协调速率，PL是信号路径损耗；

B1.4根据步骤A3.中继器性能损耗分析，获得用户端实际吞吐量关于两段通讯的吞吐量的表达式：

T总(T1，T2)＝T1T2/(T1+T2+0.003337*T1T2)(6)

T＝T0*(2.583*10-4*PL2-0.0505*PL+2.470)(7)

PL＞68dB

T＝T0*0.220PL≤68dB

PL(d)＝20lg(d)+40.1d≤5m(8)

PL(d)＝35lg(d)+29.6d＞5m

其中，以网络接入点为原点，取任意方向为x轴正方向，设最佳目标中继器位置O(X_O，Y_O)；

记由定位系统输入的用户坐标P(X_P，Y_P)；

网络接入点与中继器、中继器与用户之间支持的最高通讯协调速率分别为T₀₁，T₀₂；

设网络接入点与最佳目标中继器位置距离为d₁，最佳目标中继器位置与用户距离为d₂；

网络接入点与中继器之间吞吐量为T₁，中继器与用户之间吞吐量为T₂，且均满足(7)式；

网络接入点与中继器之间的路径损耗为PL₁，中继器与用户之间的路径损耗为PL₂，且均满足(8)式；

根据距离的定义，有：

d₁＝(X_O ²+Y_O ²)^0.5

d₂＝[(X_O-X_P)²+(Y_O-Y_P)²]^0.5

故对于任意中继器位置O(X_O，Y_O)，均有确定的用户实际吞吐量T_总；

B1.5输出用户端实际吞吐量与中继器位置的对应关系表达式；

进一步，步骤B优化方式：

b1.输入用户端实际吞吐量与中继器位置的对应关系表达式；

b2.以1米为精度，遍历中继器在坐标系内，排除障碍物所在区域后的场地范围，获得吞吐量最大值对应坐标；

b3.在b2中获得最优坐标周围2米＊2米的范围内以0.1米为精度，遍历该范围内位置，获得此时吞吐量最大值对应坐标，精确到0.1米；

b4.输出对应实际吞吐量最大的中继器最优坐标；

b5.根据模型建立步骤B1.1的一次输入，获得优化步骤b4中的一个输出，即中继器的最优坐标。

4.如权利要求1所述的用于移动式自适应无线网络中继器的装置，其特征在于，包括搭载中继器的移动平台(1)，用于移动平台(1)和用户的定位系统(2)及其控制器(3)。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，包括以下步骤：

A.系统初始化；

B.定位系统2输入用户坐标。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括以下步骤：

步骤1.建立直角坐标系，以直角坐标的形式输入场地范围，场地中障碍物区域范围，网络接入点位置及4个CC2430定位参考节点位置至定位系统2，完成；

步骤2.定位系统2以直角坐标的形式输出用户位置和当前中继器位置至控制器3；

步骤3.控制器3根据吞吐量优化算法得出最优中继器位置；

步骤4.控制器3输出最佳目标中继装置坐标及当前中继器坐标至移动平台；

步骤5.移动平台根据当前中继器坐标及最佳目标中继器坐标计算移动路径；

步骤6.移动平台移动至最佳目标中继器坐标；

步骤7.回到步骤2，进行下一次移动优化。