无线传感器网络中抗同频干扰方法的研究

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随着互联网和物联网的快速发展,WiFi和无线传感器网络(WSN)都得到了广泛的应用。WSN中各节点传输数据时会受到不同程度的干扰,这种干扰既包括附近环境的噪声干扰,节点与节点之间的相互干扰,还包括同频段的WiFi节点的干扰,因为它们同处于2.4G ISM频段。如何降低或者解决节点所受的干扰,提高通信可靠性,成为一个亟待解决的问题。因此出现了许多针对降低干扰来提高通信可靠性的方案,其中基于信道分配的方案备受关注。在信道分配过程中,衡量网络通信的指标有很多。传统的信道分配方案主要是在给定的信道上对节点进行信道分配的优化,以实现节点所受干扰较小,从而提高通信性能。这类优化方法使用给定的信道,比较保守,频谱没有得到充分利用;因此可以重新划分信道,来提高频谱利用率,从而提高通信可靠性。另外在有些通信环境中,并不是以吞吐量、网络容量、传输时延、能量消耗、网络生命期等标准中的某一个来衡量优劣,而是需要多个目标同时满足一定的条件,才能使通信可靠性增加。针对以上问题,本文提出了基于非正交信道分配的抗同频干扰策略和基于改进多目标差分进化算法的信道分配方案,然后分别对所提出的策略进行仿真实验,验证了其有效性。本文完成的主要工作如下:1)针对现有的信道分配方案中信道数目不足这一问题,提出了基于非正交信道分配的抗同频干扰策略,该策略放弃WSN固定的信道分配方法,通过调整信道的中心频率间隔来合理增加信道数目,从而提高节点吞吐量。2)针对现有信道分配方案大多以单一目标作为优化标准的问题。提出了基于改进多目标差分进化算法的信道分配方案,将网络容量、网络生命期两个目标作为优化目标,进行多目标优化,以满足不同通信环境的要求。3)通过仿真实验,分别对基于非正交信道分配的抗同频干扰策略和基于改进的多目标差分进化算法的信道分配方案的有效性进行了验证。本文提出的基于非正交信道分配的抗同频干扰策略和基于改进的多目标差分进化算法的信道分配方案,经仿真实验表明,能够有效抵抗干扰,提高吞吐量,针对不同的通信环境,可以提供多目标的参考优化方案。
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