黃文東 黃東 戚兆坤

摘 要：為了優(yōu)化傳統(tǒng)WSN在海洋生態(tài)監(jiān)測中拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜度高以及全功率通訊方式所帶來的信號(hào)干擾和高能耗問題，提出一種基于GG圖和自由空間廣播模型（FSPM）的拓?fù)涔β士刂疲ㄟ^GG圖優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌档屯負(fù)鋸?fù)雜度;通過自由空間廣播模型進(jìn)行功率控制，減少信號(hào)通訊距離，降低信號(hào)干擾和能耗，進(jìn)一步去提高WSN網(wǎng)絡(luò)整體性能，仿真結(jié)果驗(yàn)證了GG-FSPM相結(jié)合的有效性。

關(guān)鍵詞：無線WSN網(wǎng)絡(luò);拓?fù)淇刂?GG圖;FSPM

0 引言

21世紀(jì)是一個(gè)科技時(shí)代，伴隨著信息時(shí)代的進(jìn)步，多種無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生，成為了工作和學(xué)習(xí)生活中的必需品，其中主要以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，WSN）、無線Mesh網(wǎng)絡(luò)（Wireless Mesh Network，WMN）和Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，進(jìn)而衍生出多種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在諸多學(xué)者的努力工作下，也取得了一定的研究成果。

1 WSN簡述

WSN是以傳統(tǒng)Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的新型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。WSN中每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都可以對周圍環(huán)境進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的收集、監(jiān)測、計(jì)算和轉(zhuǎn)發(fā)。目前，WSN已被廣泛應(yīng)用于城市交通監(jiān)測管理，海洋環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測和收集，國家醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)管理，抗震救災(zāi)等領(lǐng)域，并在諸多領(lǐng)域中已取得了良好的應(yīng)用成果，具有十分廣闊的市場應(yīng)用前景。

目前主要針對節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，MAC層及路由層等技術(shù)研究，MAC層實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間鏈路建立，保證節(jié)點(diǎn)公平有效地利用帶寬。路由層主要負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)間建立路由，可靠性傳輸?shù)?。在傳統(tǒng)WSN中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)鏈路，因此導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)擁有的通信鏈路多，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋸?fù)雜度高，進(jìn)而增加了路由建立時(shí)間，影響了網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸效率，同時(shí)以恒定的信號(hào)發(fā)送功率發(fā)送數(shù)據(jù)，導(dǎo)致信號(hào)干擾嚴(yán)重，能源利用率低等問題。因此針對于WSN的拓?fù)淇刂埔约澳芎目刂茊栴}處于一個(gè)熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。

2 優(yōu)化方案

針對于傳統(tǒng)WSN拓?fù)淇刂频膹?fù)雜度高，節(jié)點(diǎn)維護(hù)通信鏈路信息量大，恒定發(fā)送功率多帶來的干擾和高能耗的問題，依據(jù)GG圖模型以及無線電空間自由廣播模型（Free Space Propagation Model，F(xiàn)SPF）的特點(diǎn)，本文提出結(jié)合GG-FSPF模型對WSN進(jìn)行拓?fù)淇刂坪凸β士刂?，以提高網(wǎng)絡(luò)整體性能。

2.1 自由空間廣播模型

自由空間廣播模型（Free Space Propagation Model，F(xiàn)SPF）用于表示發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)無障礙的直接通訊模型，該模型的接收功率和發(fā)送功率關(guān)系如下：

P■（d）=■（1）

推導(dǎo)可得數(shù)據(jù)信號(hào)的干擾距離和通訊距離的關(guān)系表達(dá)式為：

dn=d■（2）

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

本文進(jìn)行了通訊模擬實(shí)驗(yàn)并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，實(shí)驗(yàn)在500×500的范圍內(nèi)，節(jié)點(diǎn)的廣播半徑為100米。本實(shí)驗(yàn)以節(jié)點(diǎn)平均一次通訊時(shí)對周圍鄰居節(jié)點(diǎn)影響的數(shù)量作為衡量干擾程度的指標(biāo)。

通過圖1的影響節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)對比圖可以看出，在基于GG圖的拓?fù)淇刂频幕A(chǔ)上，在節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)依據(jù)FSPF進(jìn)行功率控制，進(jìn)而降低了網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的發(fā)送功率，達(dá)到了節(jié)能的目的，在保證數(shù)據(jù)被正確的接收的基礎(chǔ)上，減小了信號(hào)傳輸距離和信號(hào)干擾范圍，進(jìn)而降低了每一次通訊時(shí)，數(shù)據(jù)信號(hào)對其他節(jié)點(diǎn)的影響數(shù)量。進(jìn)而在一定程度上降低了網(wǎng)絡(luò)整體的信號(hào)干擾，提高了在海洋監(jiān)測過程中網(wǎng)絡(luò)性能，由此可見基于GG- FSPF模型的功率控制技術(shù)具有一定的可行性。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳成洪.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂蒲芯縖D].西安：西安電子科技大學(xué)，2010.

[2]胡致遠(yuǎn)，王景，鄧建良，等.無線Mesh網(wǎng)絡(luò)規(guī)則拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與容量研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2010，21（11）：4197-4221.

[3]葉寧.Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂扑惴ǖ脑O(shè)計(jì)與仿真[D].沈陽：東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，2008.

[4]陳友榮，俞立，董齊芬.基于近鄰算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)功率控制[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，44（7）：1321-1326.

[5]路綱，周明天，牛新征，等.無線網(wǎng)絡(luò)鄰近圖綜述[J].通訊技術(shù)，2010， 43（4）：201-207.

[6]黃文東，李陶深，葛志輝.基于定向天線無線Mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂蒲芯?計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2014（2）.

作者簡介：

黃文東，1985-03，碩士研究生，研究方向：無線網(wǎng)絡(luò)。