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文 | 忆禾溪
忆禾溪
引言
无线传感网络是集成计算机技术、无线通信技术、信息化技术等于一体的智能感知网络，可以将网络传输数据进行精准计算，在设定出感知节点、能量节点、传感节点、相邻节点、测算节点等，将以上节点统一汇聚，在后台进行统一数据采集与处理，保证数据传输的精准性。
但无线传感网络较为复杂，需要人工将各个节点进行布设，使每个节点均在监测范围内，在此过程中，各个节点的布设需要精准把控，为了提高网络的延展性，网络节点之间通常存在较长的距离，导致网络节能能力消耗较大，影响网络传输性能。
因此，某一传感器或者存储节点受到攻击时，由于组网的相对独立，所以即使某一传感器和组网消息泄露，并不会影响到别的存储节点，在更大程度上保障了数据的安全，这样一来，两层的无线传感网络里面存在的安全性能的优势就会更为突出。
本文通过采用了轻量级的国密算法SM2算法和SM3算法，不仅对设备的要求比传统加密算法低，在感知节点对数据进行加密，基站负责验证数据的完整性和安全性，用户端进行解密，大大降低了攻击者攻击存储节点的风险，增加数据传输的安全性和完整性。
传感网络分簇路由协议优化方法成为该领域重点研究方向
无线传感器网络是由节点组成，通过一系列节点的应用，保证网络的漫游效果，进一步提升网络的远程监控能力，利用传感技术、计算技术、通信技术，可以将无线传感器组成一个结构式的网络。
无线传感器网络的处理方式与数据传输方式，均需要借助路由协议的标准，通过相关标准的设定，保证网络数据传输与处理的准确性。但传统路由协议存在数 据丢包率较高的问题，影响数据传输的流畅性。
基于此，利用距离测算，设计传感网络分簇路由协议优化方法，旨在提高网络数据传输与处理能力，将网络数据采集更加精准，为无线传感器网络的进一步发展提供保障。
基于距离测算传感网络分簇路由协议优化方法
1、无线传感器网络分簇路由协议特点分析
网络路由协议是无线传感器网络中通信的关键，其数据传输与处理效果至关重要。为了化网络路由协议，本文首先分析网络分簇路由协议特点。传感网络是自成结构的网络传输工具，具有自组织、智能、安全的特点。
因此，传感网络路由协议同样需要具备以上特点。网络分簇路由一般以优质节点作为支撑，由簇头统一管理各个节点，可以提升网络的延展性与节能性。如何合理地将网络进行分簇成为协议优化的关键问题。网络分簇路由协议包括选取簇头，并将路由进行分簇建立，以一段时间为周期，进行循环操作，保证路由分簇可以正常运行。
具体分簇构造示意图如图1所示。
如图1所示，本文在优化分簇路由协议的过程中，首先，初始化第一周期的节点位置，并设定相关粒子系数，保证此时的分簇结构适应性较强，其次，用相同的方式，对第二周期、三周期、……、第n周期的分簇结构进行适应性的调整，最后，通过分簇路由特点的提取，将各个节点的能力作出均衡，在建立出优化协议的模型后，综合实现无线传感网络路由的优化。
2、均衡路由协议分簇各环节点能量
在路由协议分簇传输数据的过程中，簇头传输的数据与数据收发端的距离有关。因此，在相邻节点之间的簇头，容易出现更多的损耗。
在本设计中，以网络监测范围为主要均衡区域，将分簇路由的规模设定成统一的方式，使用节点采集数据并进行一次处理，保证节点之间的能量均衡，减少数据在节点之间传送的能量消耗。
一般情况下，节点会首先消耗自身能量，随即消耗相邻节点的能量，此种方式会影响节点之间的传送性能，导致网络连接失败，或是丢包率增加的现象。
本文基于此，根据无线传感器的实际需求，将节点的分布设定为统一密度，并布设监测网，将能量消耗作为监测的主要目标，在密度较大的区域可以进行多能量消耗，在密度较小的区域少消耗或是不消耗，最大限度地均衡路由协议分簇各环节点能量。
3、 基于距离测算构建无线传感器网络优化模型
在本文设计的优化模型中，首先，模型需要对传感器网络的各个节点存在一定的了解，并将所有节点进行统一监测，实现统一管理。其次，将所有节点进行重新布设，均衡节点之间的能量消耗，并保证每个节点之间采集网络传输数据的稳定性与准确性一致。
最后，将各个节点之间的距离进行测算，通过距离测算公式，将各个节点之间接收信号的强度进行重新界定，保证节点限定在优化范围内。本文设计的优化模型需要优化三部分：节点能耗优化、距离测算计算能耗优化、网络通信协议标准优化。
4、无线传感器网络分簇路由协议优化实现
无线传感器网络分簇路由协议优化分为五个层级，第一，物理层级的优化，通过协议频率的统一，可以保证网络数据接收与传输的一致性，本文以优化物理层成本与功耗为主，通过优化模型减少物理层出现的能量消耗。
1、数据链路层级的优化，将网络数据帧进行优化校验，并利用网络的拓扑结构，将网络节点之间的能量消耗作出制衡，从而减少能量消耗。
2、网络层级的优化，利用无线传感器将网络节点进行重新连接，通过多跳转节点连接的方式，提高网络性能。
3、传输层级的优化，利用无线传感器的无线技术与传感器技术，将网络数据传输的节点进行优化，减少相关硬件条件对网络造成的限制。
4、应用层级的优化，根据不同的网络使用需求，将传感网络分簇路由协议优化成更具有适应性的协议，为不同用户提供优质服务。
此外，网络协议优化过程中，需要保证节点之间的接口成本最低，除了负责数据传输以外，需要将数据进行每帧处理，最大限度地保证网络的高效运行。
实验分析
为了验证本文设计的方法是否具有实效性，本文利用LEACH-improved 搭建仿真平台，再通过MATLAB-fa的仿真参数，将平台数据进行1:1还原。
在此平台中进行仿真实验，将传统无线传感器网络路由协议优化方法，与本文设计的传 感网络分簇路由协议优化方法进行对比，验证两种方法的优化效果，具体实验过程及结果如下：
1、 实验准备
由于路由协议是利用网络，将 IP 数据包按照协议指定标准进行传输，从而实现网络数据的有效转换。因此，在本文设计的传感网络分簇路由协议优化方法中，对簇头的选取指标进行重新界定。
首先，将无线传感器网络节点剩余能量进行设定，由于节点能量对协议优化效果影响度较大，位数需要选择3位，并分别从很低、低、中、高四个等级，将节点分为二进制 000、001、011、111，如果得出的相对应值为0、1、3、7，则表示此时的节点剩余能量在网络簇头优化范围内。
其次，对相邻节点集合进行重新界定，相邻节点集合对协 议优化效果影响度为中级水平，位数本文选定为2位，并分别从低、中、高三个等级，分为二进制00、01、11，相对应的值为0、1、3，即可保证协议优化效果。
最后，将距离测算节点进行界定，距离测算节点对协议优化效果影响度较小，位数选定为1位，从低、高两个等级，二进制分为0、1，由此得出的对应值为0、1，只有同时保证三个节点的相关指标对应性，即可保证协议优化效果。 在选取指标可以确定的基础上，本文对仿真参数进行设定，如表1所示。
如表1所示，本文分别选取优化区域、节点总数、网络 节点初始能量、数据包大小、网络优化位置等参数，对无线 传感器网络进行有效评估，为了保证分簇路由协议的有效优化本文对无线传感器网络节点存活进行仿真，如图2所示。
如图2所示，本文将各个网络节点分别迭代10次、20次、30次，当迭代10次时，网络节点在小于500轮数时死亡；迭代20次时，网络节点在轮数为500～1000范围内死亡； 迭代30次时，网络节点在轮数为1000～2000范围内死亡。
因此，优化的网络协议需要将迭代次数增加，从而提升网络生存时间，在此基础上，对无线网络分簇各环节节点的剩余能量进行仿真分析，如图3所示。
如图3所示，本文分别将各个节点剩余能量仿真10次、20次、30次，当迭代10次时，节点剩余能量在500～1000轮次时开始消亡；当迭代20次时，节点剩余能量在1000～1500轮次时开始消亡。
当迭代30次时，节点剩余能量在1500轮次左右开始消亡，因此，网络优化协议的过程就是均衡节点能量的过程，当节点剩余能量消亡后，可以改进分簇消耗能量的方式，从而提高簇内的无线通信效果。
2、实验结果分析
在上述实验环境下，将传统传感网络分簇路由协议优化方法，与本文设计的传感网络分簇路由协议优化进行对比，验证两种方法的优化效果，实验结果如表2所示。
如表2所示，本文以网络传输端与接收端之间的距离为实验条件，将距离设定为1000～8000 km，为了验证两种方法的优化效果，本文以一种无规则的数据包传输个数为基础，传统传感网络分簇路由协议优化方法接收到的正确包个数，与实际传输包相差±20个。
协议优化效果较差，不能满足网络数据传输需求，而本文设计的传感网络分簇路由协议优化方法接收到的正确包个数，与实际传输包仅相差±1个，协议优化效果较好，可以满足网络数据传输需求。
结语
近年来，现代化技术不断推陈出新，大陆正面向信息化时代转型，无线传感器网络作为信息化转型的关键，其作用不言而喻，为了提升无线传感器网络传输效果，传感网络开始出现，通过无线传感器可以将各个网络节点进行连接，保证节点之间的网络信息一致性。
再通过节点连接的作用，将数据进行传输。在此过程中，网络数据存在安全隐患，因此，网络路由协议至关重要，通过网络路由协议的标准，可以统一各个节点之间能量消耗，从而实现物物相连的效果。
为此，本文基于距离测算，设计无线传感网络分簇路由协议优化方法，通过对路由协议的特点以及相关指标的优化，并借助距离测算，提升了路由协议的优化，并通过实验结果表明本文优化后的效果较好，旨在减少网络节点处理数据的局限，为网络通信产业提供参考建议。