跳收集-传输无线传感器网络（WSNs）中的性能增强：在窃听者和硬件噪声存在的情况下采用路径选择方法附Matlab代码

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🔥 内容介绍

多跳收集 - 传输 WSNs 由感知节点、中继节点与汇聚节点构成，数据通过 “感知节点→中继节点（多跳转发）→汇聚节点” 的路径传输，广泛应用于军事侦察、环境监测等关键领域。其核心性能诉求集中于传输可靠性、数据安全性与网络能效，但实际部署中面临双重固有干扰：

• 硬件噪声干扰：传感器节点受低成本硬件限制，射频模块、ADC 转换器等组件存在固有噪声（含共模噪声与差模噪声），导致链路信噪比（SNR）下降，数据传输误码率（BER）升高；

• 恶意窃听威胁：窃听者通过截获无线传输信号窃取敏感数据，多跳传输中跳数越多，信号暴露于窃听者的概率越大，安全风险呈指数级增长。

2. 传统路径选择方法的局限性

现有路径选择方法（如最短路径法、最小能耗法）未充分融合抗噪与防窃听需求，导致性能短板显著：

• 仅关注能效的方法（如 BIP 算法）：通过优化节点发送半径降低能耗，但未考虑硬件噪声对链路可靠性的影响，在低 SNR 环境下需频繁重传，反而增加总能耗；

• 单一抗窃听方法：依赖加密技术，但加密开销会加剧资源受限节点的能量消耗，且无法抵御物理层信号截获；

• 忽略耦合效应：硬件噪声会削弱信号强度，使窃听者更难解析数据，而过度追求抗噪可能延长传输路径，增加被窃听概率，二者存在天然耦合矛盾。

二、核心设计：融合抗噪与防窃听的路径选择方法体系

2. 链路增强的辅助机制

（1）硬件噪声主动抑制策略

结合噪声耦合特性，在路径节点上部署适配性抑制模块：

• 共模噪声：采用共模扼流圈与 RC 低通滤波器组合，衰减高频共模干扰；

• 差模噪声：通过星型连接减少电流环路，使用屏蔽电缆降低电磁耦合；

• 动态功率调节：根据链路 SNR 实时调整发送功率，在保证 Pₑ的前提下减少能量浪费。

（2）窃听规避的路径动态调整

• 窃听感知与定位：通过相邻节点信号强度异常检测，定位窃听者大致区域；

• 路径绕射优化：优先选择障碍物遮挡的链路（如利用地形、建筑物），降低信号暴露概率；

• 多路径交替传输：建立 2-3 条备用最优路径，定期切换传输链路，避免窃听者持续截获。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1] 卢俊岭.不确定环境下无线传感器网络路由算法研究[J].陕西师范大学, 2013.

[2] 赵志洋.无线传感器网络数据与部署优化策略研究[D].天津师范大学,2022.

[3] 朱敏.无线传感器网络无环路能量均衡路由算法的研究[D].电子科技大学,2016.

📣 部分代码

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2.2 ENS声神经网络时序、回归预测和分类

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