基于低频磁感应的地下无线传感网通信建模

雷登峰，雷阳琦，田 源，李开放，刘洲洲

（1.西安航空学院电子工程学院，陕西西安 710077；2.北京航空航天大学中法工程师学院，北京 100191；3.西安石油大学计算机学院，陕西西安 710065；4.西北工业大学计算机学院，陕西西安 710072）

地下无线传感网（Underground Wireless Sensor Networks，UWSN）的通信传输主要存在于土壤之中，主要用来检测和采集监控区域的信息[1-2]。地下无线传感器网络与传统无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）的区别是将无线收发模块置于地下土壤中，由于地下信道环境复杂，UWSN 的传感器节点通信协议和信道模型都不同于地上，因此地上成熟的无线通信技术不再适用于地下无线传感网。目前，针对地下无线传感网的研究处于理论和部分基础性实验阶段[3-4]，且大部分研究集中在电磁波（EM）在地下传输的影响因素，文献[7]研究磁感应(MI)技术在土壤中传输的理论方向，土壤特性会随着不同地区、不同时间、不同环境的变化而发生变化，导致土壤中的电气特性参数也随着发生变化。文献[8]研究了基于磁感应在土壤吸收引起的路径损耗问题。除了土壤的特性影响以外，信号在地下传输所引起的衰落也依赖于工作频率的选择。由于电磁波在传输中受到多径损耗和误码率等因素影响，磁感应技术的磁场衰减率在土壤与水的介质中磁导率是近似的，因此，文中采用磁感应技术，可有效解决在土壤介质中EM 信道不稳定和天线尺寸方面的问题[5-6]。

针对上述问题，该文基于低工作频率在土壤中的传输模型，考虑复杂环境下对信道的影响。……