基于GG—FSPM的WSN网络在海洋生态监测中的功率控制技术研究

黄文东 黄东 戚兆坤

摘 要：为了优化传统WSN在海洋生态监测中拓扑结构的复杂度高以及全功率通讯方式所带来的信号干扰和高能耗问题，提出一种基于GG图和自由空间广播模型（FSPM）的拓扑功率控制，通过GG图优化网络拓扑，降低拓扑复杂度;通过自由空间广播模型进行功率控制，减少信号通讯距离，降低信号干扰和能耗，进一步去提高WSN网络整体性能，仿真结果验证了GG-FSPM相结合的有效性。

关键词：无线WSN网络;拓扑控制;GG图;FSPM

0 引言

21世纪是一个科技时代，伴随着信息时代的进步，多种无线网络应运而生，成为了工作和学习生活中的必需品，其中主要以无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）、无线Mesh网络（Wireless Mesh Network，WMN）和Ad-hoc网络为基础，进而衍生出多种无线网络技术，在诸多学者的努力工作下，也取得了一定的研究成果。

1 WSN简述

WSN是以传统Ad-hoc网络为基础的新型无线传感器网络。WSN中每个传感器节点都可以对周围环境进行各种数据的收集、监测、计算和转发。目前，WSN已被广泛应用于城市交通监测管理，海洋环境数据监测和收集，国家医疗卫生系统管理，抗震救灾等领域，并在诸多领域中已取得了良好的应用成果，具有十分广阔的市场应用前景。

目前主要针对节点设计，MAC层及路由层等技术研究，MAC层实现节点间链路建立，保证节点公平有效地利用带宽。路由层主要负责节点间建立路由，可靠性传输等。在传统WSN中，每个节点维护信号覆盖范围内的所有节点链路，因此导致节点拥有的通信链路多，网络拓扑复杂度高，进而增加了路由建立时间，影响了网络的数据传输效率，同时以恒定的信号发送功率发送数据，导致信号干扰严重，能源利用率低等问题。因此针对于WSN的拓扑控制以及能耗控制问题处于一个热点研究领域。

2 优化方案

针对于传统WSN拓扑控制的复杂度高，节点维护通信链路信息量大，恒定发送功率多带来的干扰和高能耗的问题，依据GG图模型以及无线电空间自由广播模型（Free Space Propagation Model，FSPF）的特点，本文提出结合GG-FSPF模型对WSN进行拓扑控制和功率控制，以提高网络整体性能。

2.1 自由空间广播模型

自由空间广播模型（Free Space Propagation Model，FSPF）用于表示发送节点和接收节点无障碍的直接通讯模型，该模型的接收功率和发送功率关系如下：

P■（d）=■（1）

推导可得数据信号的干扰距离和通讯距离的关系表达式为：

dn=d■（2）

3 实验结果分析

本文进行了通讯模拟实验并对实验结果进行对比，实验在500×500的范围内，节点的广播半径为100米。本实验以节点平均一次通讯时对周围邻居节点影响的数量作为衡量干扰程度的指标。

通过图1的影响节点个数对比图可以看出，在基于GG图的拓扑控制的基础上，在节点发送数据时依据FSPF进行功率控制，进而降低了网络发送数据时的发送功率，达到了节能的目的，在保证数据被正确的接收的基础上，减小了信号传输距离和信号干扰范围，进而降低了每一次通讯时，数据信号对其他节点的影响数量。进而在一定程度上降低了网络整体的信号干扰，提高了在海洋监测过程中网络性能，由此可见基于GG- FSPF模型的功率控制技术具有一定的可行性。

参考文献：

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作者简介：

黄文东，1985-03，硕士研究生，研究方向：无线网络。