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文 | 憶禾溪
憶禾溪
引言
無線傳感網絡是內建計算機技術、無線通信技術、資訊化技術等于一體的智能感覺網絡，可以将網絡傳輸資料進行精準計算，在設定出感覺節點、能量節點、傳感節點、相鄰節點、測算節點等，将以上節點統一彙聚，在背景進行統一資料采集與處理，保證資料傳輸的精準性。
但無線傳感網絡較為複雜，需要人工将各個節點進行布設，使每個節點均在監測範圍内，在此過程中，各個節點的布設需要精準把控，為了提高網絡的延展性，網絡節點之間通常存在較長的距離，導緻網絡節能能力消耗較大，影響網絡傳輸性能。
是以，某一傳感器或者存儲節點受到攻擊時，由于組網的相對獨立，是以即使某一傳感器群組網消息洩露，并不會影響到别的存儲節點，在更大程度上保障了資料的安全，這樣一來，兩層的無線傳感網絡裡面存在的安全性能的優勢就會更為突出。
本文通過采用了輕量級的國密算法SM2算法和SM3算法，不僅對裝置的要求比傳統加密算法低，在感覺節點對資料進行加密，基站負責驗證資料的完整性和安全性，使用者端進行解密，大大降低了攻擊者攻擊存儲節點的風險，增加資料傳輸的安全性和完整性。
傳感網絡分簇路由協定優化方法成為該領域重點研究方向
無線傳感器網絡是由節點組成，通過一系列節點的應用，保證網絡的漫遊效果，進一步提升網絡的遠端監控能力，利用傳感技術、計算技術、通信技術，可以将無線傳感器組成一個結構式的網絡。
無線傳感器網絡的處理方式與資料傳輸方式，均需要借助路由協定的标準，通過相關标準的設定，保證網絡資料傳輸與處理的準确性。但傳統路由協定存在數 據丢包率較高的問題，影響資料傳輸的流暢性。
基于此，利用距離測算，設計傳感網絡分簇路由協定優化方法，旨在提高網絡資料傳輸與處理能力，将網絡資料采集更加精準，為無線傳感器網絡的進一步發展提供保障。
基于距離測算傳感網絡分簇路由協定優化方法
1、無線傳感器網絡分簇路由協定特點分析
網絡路由協定是無線傳感器網絡中通信的關鍵，其資料傳輸與處理效果至關重要。為了化網絡路由協定，本文首先分析網絡分簇路由協定特點。傳感網絡是自成結構的網絡傳輸工具，具有自組織、智能、安全的特點。
是以，傳感網絡路由協定同樣需要具備以上特點。網絡分簇路由一般以優質節點作為支撐，由簇頭統一管理各個節點，可以提升網絡的延展性與節能性。如何合理地将網絡進行分簇成為協定優化的關鍵問題。網絡分簇路由協定包括選取簇頭，并将路由進行分簇建立，以一段時間為周期，進行循環操作，保證路由分簇可以正常運作。
具體分簇構造示意圖如圖1所示。
如圖1所示，本文在優化分簇路由協定的過程中，首先，初始化第一周期的節點位置，并設定相關粒子系數，保證此時的分簇結構适應性較強，其次，用相同的方式，對第二周期、三周期、……、第n周期的分簇結構進行适應性的調整，最後，通過分簇路由特點的提取，将各個節點的能力作出均衡，在建立出優化協定的模型後，綜合實作無線傳感網絡路由的優化。
2、均衡路由協定分簇各環節點能量
在路由協定分簇傳輸資料的過程中，簇頭傳輸的資料與資料收發端的距離有關。是以，在相鄰節點之間的簇頭，容易出現更多的損耗。
在本設計中，以網絡監測範圍為主要均衡區域，将分簇路由的規模設定成統一的方式，使用節點采集資料并進行一次處理，保證節點之間的能量均衡，減少資料在節點之間傳送的能量消耗。
一般情況下，節點會首先消耗自身能量，随即消耗相鄰節點的能量，此種方式會影響節點之間的傳送性能，導緻網絡連接配接失敗，或是丢包率增加的現象。
本文基于此，根據無線傳感器的實際需求，将節點的分布設定為統一密度，并布設監測網，将能量消耗作為監測的主要目标，在密度較大的區域可以進行多能量消耗，在密度較小的區域少消耗或是不消耗，最大限度地均衡路由協定分簇各環節點能量。
3、 基于距離測算建構無線傳感器網絡優化模型
在本文設計的優化模型中，首先，模型需要對傳感器網絡的各個節點存在一定的了解，并将所有節點進行統一監測，實作統一管理。其次，将所有節點進行重新布設，均衡節點之間的能量消耗，并保證每個節點之間采集網絡傳輸資料的穩定性與準确性一緻。
最後，将各個節點之間的距離進行測算，通過距離測算公式，将各個節點之間接收信号的強度進行重新界定，保證節點限定在優化範圍内。本文設計的優化模型需要優化三部分：節點能耗優化、距離測算計算能耗優化、網絡通信協定标準優化。
4、無線傳感器網絡分簇路由協定優化實作
無線傳感器網絡分簇路由協定優化分為五個層級，第一，實體層級的優化，通過協定頻率的統一，可以保證網絡資料接收與傳輸的一緻性，本文以優化實體層成本與功耗為主，通過優化模型減少實體層出現的能量消耗。
1、資料鍊路層級的優化，将網絡資料幀進行優化校驗，并利用網絡的拓撲結構，将網絡節點之間的能量消耗作出制衡，進而減少能量消耗。
2、網絡層級的優化，利用無線傳感器将網絡節點進行重新連接配接，通過多跳轉節點連接配接的方式，提高網絡性能。
3、傳輸層級的優化，利用無線傳感器的無線技術與傳感器技術，将網絡資料傳輸的節點進行優化，減少相關硬體條件對網絡造成的限制。
4、應用層級的優化，根據不同的網絡使用需求，将傳感網絡分簇路由協定優化成更具有适應性的協定，為不同使用者提供優質服務。
此外，網絡協定優化過程中，需要保證節點之間的接口成本最低，除了負責資料傳輸以外，需要将資料進行每幀處理，最大限度地保證網絡的高效運作。
實驗分析
為了驗證本文設計的方法是否具有實效性，本文利用LEACH-improved 搭建仿真平台，再通過MATLAB-fa的仿真參數，将平台資料進行1:1還原。
在此平台中進行仿真實驗，将傳統無線傳感器網絡路由協定優化方法，與本文設計的傳 感網絡分簇路由協定優化方法進行對比，驗證兩種方法的優化效果，具體實驗過程及結果如下：
1、 實驗準備
由于路由協定是利用網絡，将 IP 資料包按照協定指定标準進行傳輸，進而實作網絡資料的有效轉換。是以，在本文設計的傳感網絡分簇路由協定優化方法中，對簇頭的選取名額進行重新界定。
首先，将無線傳感器網絡節點剩餘能量進行設定，由于節點能量對協定優化效果影響度較大，位數需要選擇3位，并分别從很低、低、中、高四個等級，将節點分為二進制 000、001、011、111，如果得出的相對應值為0、1、3、7，則表示此時的節點剩餘能量在網絡簇頭優化範圍内。
其次，對相鄰節點集合進行重新界定，相鄰節點集合對協 議優化效果影響度為中級水準，位數本文標明為2位，并分别從低、中、高三個等級，分為二進制00、01、11，相對應的值為0、1、3，即可保證協定優化效果。
最後，将距離測算節點進行界定，距離測算節點對協定優化效果影響度較小，位數標明為1位，從低、高兩個等級，二進制分為0、1，由此得出的對應值為0、1，隻有同時保證三個節點的相關名額對應性，即可保證協定優化效果。 在選取名額可以确定的基礎上，本文對仿真參數進行設定，如表1所示。
如表1所示，本文分别選取優化區域、節點總數、網絡 節點初始能量、資料包大小、網絡優化位置等參數，對無線 傳感器網絡進行有效評估，為了保證分簇路由協定的有效優化本文對無線傳感器網絡節點存活進行仿真，如圖2所示。
如圖2所示，本文将各個網絡節點分别疊代10次、20次、30次，當疊代10次時，網絡節點在小于500輪數時死亡；疊代20次時，網絡節點在輪數為500～1000範圍内死亡； 疊代30次時，網絡節點在輪數為1000～2000範圍内死亡。
是以，優化的網絡協定需要将疊代次數增加，進而提升網絡生存時間，在此基礎上，對無線網絡分簇各環節節點的剩餘能量進行仿真分析，如圖3所示。
如圖3所示，本文分别将各個節點剩餘能量仿真10次、20次、30次，當疊代10次時，節點剩餘能量在500～1000輪次時開始消亡；當疊代20次時，節點剩餘能量在1000～1500輪次時開始消亡。
當疊代30次時，節點剩餘能量在1500輪次左右開始消亡，是以，網絡優化協定的過程就是均衡節點能量的過程，當節點剩餘能量消亡後，可以改進分簇消耗能量的方式，進而提高簇内的無線通信效果。
2、實驗結果分析
在上述實驗環境下，将傳統傳感網絡分簇路由協定優化方法，與本文設計的傳感網絡分簇路由協定優化進行對比，驗證兩種方法的優化效果，實驗結果如表2所示。
如表2所示，本文以網絡傳輸端與接收端之間的距離為實驗條件，将距離設定為1000～8000 km，為了驗證兩種方法的優化效果，本文以一種無規則的資料包傳輸個數為基礎，傳統傳感網絡分簇路由協定優化方法接收到的正确包個數，與實際傳輸包相差±20個。
協定優化效果較差，不能滿足網絡資料傳輸需求，而本文設計的傳感網絡分簇路由協定優化方法接收到的正确包個數，與實際傳輸包僅相差±1個，協定優化效果較好，可以滿足網絡資料傳輸需求。
結語
近年來，現代化技術不斷推陳出新，大陸正面向資訊化時代轉型，無線傳感器網絡作為資訊化轉型的關鍵，其作用不言而喻，為了提升無線傳感器網絡傳輸效果，傳感網絡開始出現，通過無線傳感器可以将各個網絡節點進行連接配接，保證節點之間的網絡資訊一緻性。
再通過節點連接配接的作用，将資料進行傳輸。在此過程中，網絡資料存在安全隐患，是以，網絡路由協定至關重要，通過網絡路由協定的标準，可以統一各個節點之間能量消耗，進而實作物物相連的效果。
為此，本文基于距離測算，設計無線傳感網絡分簇路由協定優化方法，通過對路由協定的特點以及相關名額的優化，并借助距離測算，提升了路由協定的優化，并通過實驗結果表明本文優化後的效果較好，旨在減少網絡節點處理資料的局限，為網絡通信産業提供參考建議。