CN114258056A - 基于opnet网络的节点定位仿真系统、方法和装置 - Google Patents

基于opnet网络的节点定位仿真系统、方法和装置 Download PDF

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CN114258056A CN202111493541.9A CN202111493541A CN114258056A CN 114258056 A CN114258056 A CN 114258056A CN 202111493541 A CN202111493541 A CN 202111493541A CN 114258056 A CN114258056 A CN 114258056A
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Abstract

本申请涉及一种基于OPNET网络的节点定位仿真系统、方法、装置、计算机设备和存储介质，包括：通信损耗确定模块获取通信节点中电磁波均匀球面密度；根据电磁波均匀球面密度确定通信节点接收天线的有效信号功率；根据有效信号功率确定出通信节点的路径损耗；通信特征提取模块根据类型信息、级别信息以及通信节点的路径损耗，确定出各个通信节点的通信特征；根据通信特征从各个通信节点中确定出接收节点以及发送节点，并建立通信链路；节点定位仿真模块获取接收节点与发送节点之间的通信距离，对接收节点以及发送节点进行定位仿真处理，得到定位仿真结果；根据定位仿真结果确定出最优节点的位置信息。本申请提高了节点定位仿真的处理效率。

Description

基于OPNET网络的节点定位仿真系统、方法和装置
技术领域
本申请涉及网络通信技术领域，特别是涉及一种基于OPNET网络的节点定位仿真系统、方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
OPNET网络仿真软件是由OPNET公司开发，并且在通信、国防以及计算机领域被广泛应用。在信息时代的背景下，网络规模越来越庞大，网络结构也愈发复杂，在网络规划与设计的过程中，不仅要发挥现有网络资源的最大效用，还要创新相应的网络协议和算法，为整个网络领域发展奠定基础。
传统的网络设计与网络规划主要是依靠相关的操作经验，但是面对网络发展越来越高的要求，比如精确性、综合性以及创新性等，传统网络技术的分析方法和实验方法已经无法满足。目前的网络操作软件的入门时间在半年至一年左右，这种高难度的操作限制了仿真软件的应用范围；因此，现有的基于OPNET网络的节点定位仿真方式还存在操作效率较低的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于OPNET网络的节点定位仿真系统、方法、装置、计算机设备和存储介质。
一种基于OPNET网络的节点定位仿真系统，包括：通信损耗确定模块、通信特征提取模块以及节点定位仿真模块；所述通信损耗确定模块、所述通信特征提取模块以及所述节点定位仿真模块之间通信连接；
所述通信损耗确定模块，用于获取通信节点中电磁波均匀球面密度；根据所述电磁波均匀球面密度确定所述通信节点接收天线的有效信号功率；根据所述有效信号功率确定出通信节点的路径损耗；
所述通信特征提取模块，用于至少获取各个通信节点的类型信息以及级别信息；根据所述类型信息、级别信息以及所述通信节点的路径损耗，确定出各个通信节点的通信特征；根据所述通信特征从所述各个通信节点中确定出接收节点以及发送节点，并建立所述接收节点与所述发送节点之间的通信链路；
所述节点定位仿真模块，用于获取所述接收节点与所述发送节点之间的通信距离；基于所述通信距离与所述通信链路，对所述接收节点以及所述发送节点进行定位仿真处理，得到定位仿真结果；根据所述定位仿真结果确定出最优节点的位置信息。
在其中一个实施例中，所述通信特征提取模块，还包括：网络区域子模块、节点区域子模块；
所述网络区域子模块，用于确定各个通信节点的类型信息以及级别信息；
所述节点区域子模块，用于确定各个通信节点的位置移动轨迹。
在其中一个实施例中，所述节点区域子模块，还包括：处理器单元、队列单元、接收单元以及发送单元；
所述处理器单元，用于对获取到的通信数据进行处理；
所述队列单元，用于建立分支信道，以采集所述通信数据；
所述发送单元，用于根据所述通信数据的数据类型，将通信数据发送至与所述数据类型相匹配的分支信道；
所述接收单元，用于接收分支信道发送的通信数据，并根据所述通信数据的数据类型，将所述通信数据存储至对应的数据包中。
在其中一个实施例中，所述电磁波均匀球面密度，通过以下方式获取：
Figure BDA0003399310340000021
其中，L表示球面密度，Rt表示通信节点电磁波的发射功率，d表示传输距离。
在其中一个实施例中，所述有效信号功率通过以下方式获取：
Figure BDA0003399310340000022
其中，Rp表示有效接收信号功率，Ea表示接收天线的有效接收面积，L表示球面密度，Rt表示通信节点电磁波的发射功率，d表示传输距离。
在其中一个实施例中，所述通信节点的路径损耗通过以下方式获得：
Figure BDA0003399310340000031
其中，Rp表示有效接收信号功率，Ea表示接收天线的有效接收面积，L表示球面密度，Rt表示通信节点电磁波的发射功率，d表示传输距离。
一种基于OPNET网络的节点定位仿真方法，包括：
获取通信节点中电磁波均匀球面密度；根据所述电磁波均匀球面密度确定所述通信节点接收天线的有效信号功率；根据所述有效信号功率确定出所述通信节点的路径损耗；
根据所述通信节点的类型信息、级别信息以及所述路径损耗，确定出各个所述通信节点的通信特征；根据所述通信特征从所述各个通信节点中确定出接收节点以及发送节点，并建立所述接收节点与所述发送节点之间的通信链路；
基于所述通信距离与所述通信链路，对所述接收节点以及所述发送节点进行定位仿真处理，得到定位仿真结果；根据所述定位仿真结果确定出最优节点的位置信息。
一种基于OPNET网络的节点定位仿真装置，所述装置包括：
损耗确定模块，用于获取通信节点中电磁波均匀球面密度；根据所述电磁波均匀球面密度确定所述通信节点接收天线的有效信号功率；根据所述有效信号功率确定出所述通信节点的路径损耗；
特征提取模块，用于根据所述通信节点的类型信息、级别信息以及所述路径损耗，确定出各个所述通信节点的通信特征；根据所述通信特征从所述各个通信节点中确定出接收节点以及发送节点，并建立所述接收节点与所述发送节点之间的通信链路；
仿真处理模块，用于基于所述通信距离与所述通信链路，对所述接收节点以及所述发送节点进行定位仿真处理，得到定位仿真结果；根据所述定位仿真结果确定出最优节点的位置信息。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
获取通信节点中电磁波均匀球面密度；根据所述电磁波均匀球面密度确定所述通信节点接收天线的有效信号功率；根据所述有效信号功率确定出所述通信节点的路径损耗；
根据所述通信节点的类型信息、级别信息以及所述路径损耗，确定出各个所述通信节点的通信特征；根据所述通信特征从所述各个通信节点中确定出接收节点以及发送节点，并建立所述接收节点与所述发送节点之间的通信链路；
基于所述通信距离与所述通信链路，对所述接收节点以及所述发送节点进行定位仿真处理，得到定位仿真结果；根据所述定位仿真结果确定出最优节点的位置信息。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取通信节点中电磁波均匀球面密度；根据所述电磁波均匀球面密度确定所述通信节点接收天线的有效信号功率；根据所述有效信号功率确定出所述通信节点的路径损耗；
根据所述通信节点的类型信息、级别信息以及所述路径损耗，确定出各个所述通信节点的通信特征；根据所述通信特征从所述各个通信节点中确定出接收节点以及发送节点，并建立所述接收节点与所述发送节点之间的通信链路；
基于所述通信距离与所述通信链路，对所述接收节点以及所述发送节点进行定位仿真处理，得到定位仿真结果；根据所述定位仿真结果确定出最优节点的位置信息。
上述基于OPNET网络的节点定位仿真系统、方法、装置、计算机设备和存储介质，系统包括：通信损耗确定模块、通信特征提取模块以及节点定位仿真模块；通信损耗确定模块、通信特征提取模块以及节点定位仿真模块之间通信连接；通信损耗确定模块，用于获取通信节点中电磁波均匀球面密度；根据电磁波均匀球面密度确定通信节点接收天线的有效信号功率；根据有效信号功率确定出通信节点的路径损耗；通信特征提取模块，用于至少获取各个通信节点的类型信息以及级别信息；根据类型信息、级别信息以及通信节点的路径损耗，确定出各个通信节点的通信特征；根据通信特征从各个通信节点中确定出接收节点以及发送节点，并建立接收节点与发送节点之间的通信链路；节点定位仿真模块，用于获取接收节点与发送节点之间的通信距离；基于通信距离与通信链路，对接收节点以及发送节点进行定位仿真处理，得到定位仿真结果；根据定位仿真结果确定出最优节点的位置信息。本申请通过相互通信连接的通信损耗确定模块、通信特征提取模块以及节点定位仿真模块，实现了获取通信节点相关数据、路径损耗等参数，并建立起多个通信节点之间通信链路，基于此进行节点定位仿真，得到定位仿真结果，提高了节点定位仿真的处理效率。
附图说明
图1为一个实施例中基于OPNET网络的节点定位仿真系统的结构示意图；
图2a为一个实施例中发送单元与链路的关系的示意图；
图2b为一个实施例中接收单元与链路的关系的示意图；
图2c为一个实施例中数据传输过程的示意图；
图3为一个实施例中根据通信节点之间的距离进行定位仿真的示意图；
图4为另一个实施例中基于OPNET网络的节点定位仿真方法的流程示意图；
图5为一个实施例中基于OPNET网络的节点定位仿真装置的结构框图；
图6为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，本公开所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于展示的数据、分析的数据等)，均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据；对应的，本公开还提供有相应的用户授权入口，供用户选择授权或者选择拒绝。
本申请提供的基于OPNET网络的节点定位仿真系统，其结构如图1所示，包括：通信损耗确定模块11、通信特征提取模块12以及节点定位仿真模块13；通信损耗确定模块11、通信特征提取模块12以及节点定位仿真模块13之间通信连接；
通信损耗确定模块11，用于获取通信节点中电磁波均匀球面密度；根据电磁波均匀球面密度确定通信节点接收天线的有效信号功率；根据有效信号功率确定出通信节点的路径损耗；
通信特征提取模块12，用于至少获取各个通信节点的类型信息以及级别信息；根据类型信息、级别信息以及通信节点的路径损耗，确定出各个通信节点的通信特征；根据通信特征从各个通信节点中确定出接收节点以及发送节点，并建立接收节点与发送节点之间的通信链路；
节点定位仿真模块13，用于获取接收节点与发送节点之间的通信距离；基于通信距离与通信链路，对接收节点以及发送节点进行定位仿真处理，得到定位仿真结果；根据定位仿真结果确定出最优节点的位置信息。
其中，通信损耗确定模块11能够计算得到通信节点路径损耗；根据OPNET仿真技术软件的特点，计算通信节点的路径损耗，为计算OPNET数据包的传输速度做好准备。在网络通信中，路径损耗是由通信节点的无线电磁波引起的信号功率随着传播距离增大而不断减少的一个过程；空气作为通信节点的传播介质，具备均匀且各向同性的特征。
具体地，通信损耗确定模块11先计算通信节点中的电磁波均匀球面密度，其公式为：
Figure BDA0003399310340000061
其中，L表示球面密度，Rt表示通信节点电磁波的发射功率，d表示传输距离。
当d的数值变大时，公式(1)的数值则整体变小。设定网络通信的接收天线无论从哪个方向接收天线，其接收面积都是相同的。通信损耗确定模块11根据公式(1)中求得的球面密度，计算通信节点接收天线的有效接收信号功率，其公式为(2)所示：
Figure BDA0003399310340000071
其中，Rp表示有效接收信号功率，Ea表示接收天线的有效接收面积，L表示球面密度，d表示传输距离。通信损耗确定模块11据此可得到通信节点的路径损耗，其公式为(3)所示：
Figure BDA0003399310340000072
设定参考点f1的路径损耗为k1，其中f1的取值范围可以为100～1000m，则上述公式(3)演变为公式(4)：
Figure BDA0003399310340000073
根据上述公式(1)～(4)可知，通信损耗确定模块11确定出通信节点发送端信号的路径损耗与信号传输距离d的关系是成倍数分布，这种分布情况体现了信号功率的平均衰减情况，传播信号路径损耗公式表达了信号功率的衰减量，以便于后续通信特征提取模块以及节点定位仿真模块进行相应处理。
具体地，通信特征提取模块12根据通信损耗确定模块11的路径损耗计算结果，提取相应通信特征；通信特征提取模块12能够少获取各个通信节点的类型信息以及级别信息；类型信息和级别信息可以是预先设置好的各个通信节点的参数；即通信特征提取模块12可以根据类型信息、级别信息以及通信节点的路径损耗，确定出各个通信节点的通信特征，并根据特征利用建立通信链路的方式连接多个通信节点。
具体地，节点定位仿真模块13可以根据通信特征提取模块12所确定出的特征信息，进行OPNET网络实时通信最优节点自动定位仿真，即基于OPNET网络的节点定位仿真的处理。要实现最优节点的自动定位，首先要获取通信节点之间的距离，获取条件与通信半径、接收信号强度与发射端的距离等因素有关。其次利用不同传输速度的信号的发出时间与到达时间差，根据通信节点之间的距离进行定位仿真，最后依据每个OPNET仿真都有一个独立的定位，其中的每个通信节点都受到传输距离和传输时间的影响，利用OPNET软件本身的自动定位仿真能同时判断出通信最优节点的位置，完成节点定位仿真的处理。
上述基于OPNET网络的节点定位仿真系统，包括：通信损耗确定模块、通信特征提取模块以及节点定位仿真模块；通信损耗确定模块、通信特征提取模块以及节点定位仿真模块之间通信连接；通信损耗确定模块，用于获取通信节点中电磁波均匀球面密度；根据电磁波均匀球面密度确定通信节点接收天线的有效信号功率；根据有效信号功率确定出通信节点的路径损耗；通信特征提取模块，用于至少获取各个通信节点的类型信息以及级别信息；根据类型信息、级别信息以及通信节点的路径损耗，确定出各个通信节点的通信特征；根据通信特征从各个通信节点中确定出接收节点以及发送节点，并建立接收节点与发送节点之间的通信链路；节点定位仿真模块，用于获取接收节点与发送节点之间的通信距离；基于通信距离与通信链路，对接收节点以及发送节点进行定位仿真处理，得到定位仿真结果；根据定位仿真结果确定出最优节点的位置信息。本申请通过相互通信连接的通信损耗确定模块、通信特征提取模块以及节点定位仿真模块，实现了获取通信节点相关数据、路径损耗等参数，并建立起多个通信节点之间通信链路，基于此进行节点定位仿真，得到定位仿真结果，提高了节点定位仿真的处理效率。
在一个实施例中，通信特征提取模块，还包括：网络区域子模块、节点区域子模块；网络区域子模块，用于确定各个通信节点的类型信息以及级别信息；节点区域子模块，用于确定各个通信节点的位置移动轨迹。
具体地，网络区域模块的主要作用是规范其他类型和其他级别的通信节点。通信节点的属性与通信设备的功能是密切相关的，包括：服务器与用户端的通信节点与通信业务关联密切，包括应用业务的性质和节点定位要求等。节点编辑器作为网络单元唯一的通信实体，主要作用在于完成通信节点的设计与开发。由于OPNET网络本身为通信节点提供了种类繁多的地理环境，所以通信节点与电磁波之间存在了一定距离，在该距离内存在不同形态的通信链路，对实时通信节点自动定位起到了一定作用。
具体地，节点区域模块的主要作用是对通信接口的节点运动轨迹进行规范；
在其中一个实施例中，节点区域模块包括四个部分，分别是处理器单元、队列单元发送单元和接收单元，此模块内节点的主要功能有两个，一是接收并处理收集到的数据；二是对数据进行转发和交换。其中处理器单元负责产生、接收并处理数据；队列单元是处理单元的功能扩展，发展出新的分支队列，用于相关数据的收集和管理。发送单元和接收单元组成的收发单元又具体包括总线型和无线型，发送单元能够从大量的输入数据包中根据数据类型将数据发送到相应的节点信道内，接收单元能够根据数据类型将数据集中到不同的所分配数据包中。发送单元与链路的关系如图2a所示，通信节点将多个数据包的内容汇总后，通过通信链路发送至网络单元中的其他节点，完成数据包的传输站在网络区域的角度看，发送单元是链路与节点连接的输送端口；站在节点区域的角度来看，发送单元接收其他单元的数据后，将数据输出到链路；站在进程区域的角度来看，发送单元是完成信道区间参数调用的一个过程。接收单元与链路的关系如图2b所示，站在网络区域的角度来看，接收单元是链路与节点连接的接收端口；站在节点区域的角度来看，接收单元是数据来源中心，将数据接收后，由其他单元进行处理，因此也被看作是数据发散端；站在进程区域的角度来看，其作用是指出单元内节点之间的相互关系。OPNET数据包的传递方式，最为直观的表达就是同一个通信节点内的不同模块之间数据传输与交换。综上，数据传输过程如图2c所示，即要实现数据传输，需要保证发送单元与接收单元必须是直接相连并且互相依赖的关系，在发送单元的输送端口与接收单元的接收端口之间必须有输入数据与输出数据与之相对应。
在一个实施例中，节点定位仿真模块13要实现基于OPNET网络的节点定位仿真，首先要获取通信节点之间的距离，获取条件与通信半径、接收信号强度与发射端的距离等因素有关。接收信号强度与发射端距离的关系通过以下方式获得：
Figure BDA0003399310340000101
其中，Fr表示的是接收信号强度，Wt表示的是信号发射功率，Py表示的是发射天线增益，Pf表示的是接收天线增益，β表示的是电磁波的波长，h表示的是信号到发射端的距离。
考虑实际应用情况下信号传播会受到反射和遮挡物等因素的影响，上述公式(5)优化成如下形式：
Figure BDA0003399310340000102
其中，Fr(h)表示的是距离发射端h处的接收信号强度值；FT表示的是该通信节点的发射功率；L0(h0)是发射端h0处的参考值；mn表示的是路径衰减参数；通常情况下，取值范围为1～3之间；X表示的是信号发射功率的均值；δ表示标准方差；当Xδ等于0时，公式计算结果随着标准偏差δ的增大而不断变大。利用不同传输速度的信号的发出时间与到达时间差，根据通信节点之间的距离进行定位仿真，如图3所示，可以看出，无线信号与超声波同时在发射端出发，收集二者到达接收端的时间，利用以下方法进行定位仿真处理：
Figure BDA0003399310340000111
其中，Q代表定位结果，S1、S2分别是无线信号与超声波之间距离，t1、t2分别是两种信号在空气中的传播速度。与对信号依赖程度较高的绝对传输时间不同，每个OPNET仿真都有一个独立的定位，其中的每个通信节点都受到传输距离和传输时间的影响。OPNET软件本身的自动定位仿真能同时判断出通信最优节点的位置，即实现基于OPNET网络的节点定位仿真。
在一个实施例中，如图4所示，提供了一种基于OPNET网络的节点定位仿真方法，包括以下步骤：
步骤S41，获取通信节点中电磁波均匀球面密度；根据电磁波均匀球面密度确定通信节点接收天线的有效信号功率；根据有效信号功率确定出通信节点的路径损耗；
步骤S42，根据通信节点的类型信息、级别信息以及路径损耗，确定出各个通信节点的通信特征；根据通信特征从各个通信节点中确定出接收节点以及发送节点，并建立接收节点与发送节点之间的通信链路；
步骤S43，基于通信距离与通信链路，对接收节点以及发送节点进行定位仿真处理，得到定位仿真结果；根据定位仿真结果确定出最优节点的位置信息。
上述基于OPNET网络的节点定位仿真方法，包括：获取通信节点中电磁波均匀球面密度；根据电磁波均匀球面密度确定通信节点接收天线的有效信号功率；根据有效信号功率确定出通信节点的路径损耗；根据通信节点的类型信息、级别信息以及路径损耗，确定出各个通信节点的通信特征；根据通信特征从各个通信节点中确定出接收节点以及发送节点，并建立接收节点与发送节点之间的通信链路；实现了获取通信节点相关数据、路径损耗等参数，并建立起多个通信节点之间通信链路，基于此进行节点定位仿真，得到定位仿真结果，提高了节点定位仿真的处理效率。
在一个实施例中，还提供了一种基于OPNET网络的节点定位仿真系统的仿真实验方式，包括自动定位仿真参数提取以及节点定位精确度测试。
其中，自动定位仿真参数提取包括：搭建仿真实验测试平台，仿真条件设置在1500×1500m2的矩形仿真区域内，在该区域内均匀分布150个通信节点，每个通信节点的传输距离均为150m。当两个或者通信节点进入传输范围时，节点之间就可以进行相互通信，此时的无线链路是连通的状态，当通信节点的位置超出传输范围时，无线链路就自动断开。通信节点的初始移动相位在0～π之间，加速和减速范围在1.5s～6s之间，中间平滑阶段的时间范围在30s～150s之间，总体观察时间为12000s，并且仿真区域内的节点运行相关系数为1.5，当节点的位置处于观测范围的边界时，其速度是恒定的并且变化方向随着光线的反射方式而不断发生变化。在OPNET网络中，最优节点的空间定位需要将上述参数应用到4个锚点中，设定已知的四个锚点坐标为：
Zi＝(ai,ci,bi) (8)；
其中，并且到未知节点Z(a,b,c)的距离分别是Di，当i＝1,2,3,4时，利用下述公式9求取最优节点的定位，具体为：
Figure BDA0003399310340000121
根据公式(9)可获取最优节点坐标，同时，距离Di的误差会影响节点定位的精确度。使用OPNET仿真软件中的IT Guru仿真软件包，通过马尔科夫的链路理论，建立四阶自动定位节点矩阵，进行仿真实验参数提取。Gj-on表示节点处于通信状态，Gj-off表示节点处于通信断开状态，具体表现为：
Figure BDA0003399310340000131
公式(10)为一阶通信节点定位仿真参数。
Figure BDA0003399310340000132
公式(11)为二阶通信节点定位仿真参数。
Figure BDA0003399310340000133
公式(12)为三阶通信节点定位仿真参数。
Figure BDA0003399310340000134
Figure BDA0003399310340000141
公式(13)为四阶通信节点定位仿真参数，与4个锚点相对应的四阶定位仿真参数提取完成。
其中，节点定位精确度测试包括利用节点定位的仿真参数进行仿真实验测试，选取两种传统定位仿真方法与文中仿真方法进行实验对比。主要通过不同节点的平均直线距离误差均值、标准差和最大值进行比对，数值越小定位精确度越高。根据对比情况，得出定位仿真精确度实验结果。根据四阶定位仿真参数，随机选取10个通信节点进行计算，计算结果如下表所示：
Figure BDA0003399310340000142
表(1)通信节点直线距离误差均值
Figure BDA0003399310340000143
Figure BDA0003399310340000151
表(2)通信节点直线距离标准差
Figure BDA0003399310340000152
表(3)通信节点直线距离最大值
根据表(1)～(3)的测试结果可知，文中设计的定位仿真方法的平均直线距离误差均值、标准差和最大值均小于两种传统定位仿真方法。为了便于比较，计算两种传统定位仿真方法误差均值、标准差和最大值的平均值，分别为5.0321、4.3258和0.6678。在上述实验基础上，对比三种定位仿真方法的精确度结果，如下表(4)所示：
Figure BDA0003399310340000153
表(4)定位仿真精确度对比结果
根据表4的定位仿真精确度对比结果可知，文中定位仿真方法比两种传统定位仿真方法的精确度均高出3.639％～12.598％。证明此次设计的仿真定位方法的定位精确度更高，更为有效。
应该理解的是，虽然图4的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图4中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图5所示，提供了一种基于OPNET网络的节点定位仿真装置，包括：
损耗确定模块51，用于损耗确定模块，用于获取通信节点中电磁波均匀球面密度；根据电磁波均匀球面密度确定通信节点接收天线的有效信号功率；根据有效信号功率确定出通信节点的路径损耗；
特征提取模块52，用于根据通信节点的类型信息、级别信息以及路径损耗，确定出各个通信节点的通信特征；根据通信特征从各个通信节点中确定出接收节点以及发送节点，并建立接收节点与发送节点之间的通信链路；
仿真处理模块53，用于基于通信距离与通信链路，对接收节点以及发送节点进行定位仿真处理，得到定位仿真结果；根据定位仿真结果确定出最优节点的位置信息。
关于基于OPNET网络的节点定位仿真装置的具体限定可以参见上文中对于基于OPNET网络的节点定位仿真方法的限定，在此不再赘述。上述基于OPNET网络的节点定位仿真装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图6所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储基于OPNET网络的节点定位仿真数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种基于OPNET网络的节点定位仿真方法。
本领域技术人员可以理解，图6中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
获取通信节点中电磁波均匀球面密度；根据电磁波均匀球面密度确定通信节点接收天线的有效信号功率；根据有效信号功率确定出通信节点的路径损耗；
根据通信节点的类型信息、级别信息以及路径损耗，确定出各个通信节点的通信特征；根据通信特征从各个通信节点中确定出接收节点以及发送节点，并建立接收节点与发送节点之间的通信链路；
基于通信距离与通信链路，对接收节点以及发送节点进行定位仿真处理，得到定位仿真结果；根据定位仿真结果确定出最优节点的位置信息。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取通信节点中电磁波均匀球面密度；根据电磁波均匀球面密度确定通信节点接收天线的有效信号功率；根据有效信号功率确定出通信节点的路径损耗；
根据通信节点的类型信息、级别信息以及路径损耗，确定出各个通信节点的通信特征；根据通信特征从各个通信节点中确定出接收节点以及发送节点，并建立接收节点与发送节点之间的通信链路；
基于通信距离与通信链路，对接收节点以及发送节点进行定位仿真处理，得到定位仿真结果；根据定位仿真结果确定出最优节点的位置信息。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上各个实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于OPNET网络的节点定位仿真系统，其特征在于，包括：通信损耗确定模块、通信特征提取模块以及节点定位仿真模块；所述通信损耗确定模块、所述通信特征提取模块以及所述节点定位仿真模块之间通信连接；
所述通信损耗确定模块，用于获取通信节点中电磁波均匀球面密度；根据所述电磁波均匀球面密度确定所述通信节点接收天线的有效信号功率；根据所述有效信号功率确定出通信节点的路径损耗；
所述通信特征提取模块，用于至少获取各个通信节点的类型信息以及级别信息；根据所述类型信息、级别信息以及所述通信节点的路径损耗，确定出各个通信节点的通信特征；根据所述通信特征从所述各个通信节点中确定出接收节点以及发送节点，并建立所述接收节点与所述发送节点之间的通信链路；
所述节点定位仿真模块，用于获取所述接收节点与所述发送节点之间的通信距离；基于所述通信距离与所述通信链路，对所述接收节点以及所述发送节点进行定位仿真处理，得到定位仿真结果；根据所述定位仿真结果确定出最优节点的位置信息。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通信特征提取模块，还包括：网络区域子模块、节点区域子模块；
所述网络区域子模块，用于确定各个通信节点的类型信息以及级别信息；
所述节点区域子模块，用于确定各个通信节点的位置移动轨迹。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述节点区域子模块，还包括：处理器单元、队列单元、接收单元以及发送单元；
所述处理器单元，用于对获取到的通信数据进行处理；
所述队列单元，用于建立分支信道，以采集所述通信数据；
所述发送单元，用于根据所述通信数据的数据类型，将通信数据发送至与所述数据类型相匹配的分支信道；
所述接收单元，用于接收分支信道发送的通信数据，并根据所述通信数据的数据类型，将所述通信数据存储至对应的数据包中。
4.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述电磁波均匀球面密度，通过以下方式获取：
Figure FDA0003399310330000021
其中，L表示球面密度，Rt表示通信节点电磁波的发射功率，d表示传输距离。
5.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述有效信号功率通过以下方式获取：
Figure FDA0003399310330000022
其中，Rp表示有效接收信号功率，Ea表示接收天线的有效接收面积，L表示球面密度，Rt表示通信节点电磁波的发射功率，d表示传输距离。
6.根据权利要求1至4任一项所述的系统，其特征在于，所述通信节点的路径损耗通过以下方式获得：
Figure FDA0003399310330000023
其中，Rp表示有效接收信号功率，Ea表示接收天线的有效接收面积，L表示球面密度，Rt表示通信节点电磁波的发射功率，d表示传输距离。
7.一种基于OPNET网络的节点定位仿真方法，其特征在于，包括：
获取通信节点中电磁波均匀球面密度；根据所述电磁波均匀球面密度确定所述通信节点接收天线的有效信号功率；根据所述有效信号功率确定出所述通信节点的路径损耗；
根据所述通信节点的类型信息、级别信息以及所述路径损耗，确定出各个所述通信节点的通信特征；根据所述通信特征从所述各个通信节点中确定出接收节点以及发送节点，并建立所述接收节点与所述发送节点之间的通信链路；
基于所述通信距离与所述通信链路，对所述接收节点以及所述发送节点进行定位仿真处理，得到定位仿真结果；根据所述定位仿真结果确定出最优节点的位置信息。
8.一种基于OPNET网络的节点定位仿真装置，其特征在于，所述装置包括：
损耗确定模块，用于获取通信节点中电磁波均匀球面密度；根据所述电磁波均匀球面密度确定所述通信节点接收天线的有效信号功率；根据所述有效信号功率确定出所述通信节点的路径损耗；
特征提取模块，用于根据所述通信节点的类型信息、级别信息以及所述路径损耗，确定出各个所述通信节点的通信特征；根据所述通信特征从所述各个通信节点中确定出接收节点以及发送节点，并建立所述接收节点与所述发送节点之间的通信链路；
仿真处理模块，用于基于所述通信距离与所述通信链路，对所述接收节点以及所述发送节点进行定位仿真处理，得到定位仿真结果；根据所述定位仿真结果确定出最优节点的位置信息。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求7所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利7所述的方法的步骤。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101355409A (zh) * 2008-09-04 2009-01-28 北京邮电大学 结合位置信息的伙伴选择与协作传输的实现方法
EP1733247A4 (en) * 2004-03-05 2010-05-05 Airespace Inc OBSERVED SPREADING CHARACTERISTICS OF WIRELESS NETWORK INFRASTRUCTURE SIGNALS ATTRACTIVE WIRELESS NODE LOKALIZATION MECHANISM
WO2010123655A1 (en) * 2009-04-22 2010-10-28 Trueposition, Inc. Network autonomous wireless location system
US20160192157A1 (en) * 2013-08-16 2016-06-30 Here Global B.V. 3D Sectorized Path-Loss Models for 3D Positioning of Mobile Terminals
CN105871486A (zh) * 2015-01-20 2016-08-17 中国科学院上海高等研究院 无线传感器网络的信道模型构建方法及仿真方法
WO2019086941A1 (en) * 2017-11-06 2019-05-09 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Testing wireless networks using random wireless device locations
KR20210064721A (ko) * 2019-11-26 2021-06-03 엘아이지넥스원 주식회사 무선 네트워크 모의 시스템 및 무선 네트워크 모의 방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1733247A4 (en) * 2004-03-05 2010-05-05 Airespace Inc OBSERVED SPREADING CHARACTERISTICS OF WIRELESS NETWORK INFRASTRUCTURE SIGNALS ATTRACTIVE WIRELESS NODE LOKALIZATION MECHANISM
CN101355409A (zh) * 2008-09-04 2009-01-28 北京邮电大学 结合位置信息的伙伴选择与协作传输的实现方法
WO2010123655A1 (en) * 2009-04-22 2010-10-28 Trueposition, Inc. Network autonomous wireless location system
US20160192157A1 (en) * 2013-08-16 2016-06-30 Here Global B.V. 3D Sectorized Path-Loss Models for 3D Positioning of Mobile Terminals
CN105871486A (zh) * 2015-01-20 2016-08-17 中国科学院上海高等研究院 无线传感器网络的信道模型构建方法及仿真方法
WO2019086941A1 (en) * 2017-11-06 2019-05-09 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Testing wireless networks using random wireless device locations
KR20210064721A (ko) * 2019-11-26 2021-06-03 엘아이지넥스원 주식회사 무선 네트워크 모의 시스템 및 무선 네트워크 모의 방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张思拓，胡飞飞，王健: ""OPNET 网络实时通信最优节点自动定位仿真"", 《自动化与仪器仪表》, pages 1 - 2 *

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