分類描述了無線傳感器網絡（WSN）面臨的不同種類電磁干擾及其影響，并通過設置于不同干擾場景下的實驗測量，量化分析了WSN在不同干擾環境下的通信性能。研究結果表明，電磁干擾會使WSN包接收延時增加，包接收率（PRR）與通信吞吐量顯著降低。

　　無線傳感器網絡（WSN）作為物聯網的關鍵技術之一，是當今信息領域的研究熱點與前沿，應用在軍事、交通、醫療、環境、家居、預警等諸多領域。但是，當前許多WSN系統的實際性能并不理想，存在生存時間短、通信不可靠、網絡覆蓋失敗等問題，直接影響到WSN的實用價值；更多的應用場景、更密集的節點部署使得網絡節點間、不同網絡間的干擾問題日益突出；多跳傳輸下的隱藏暴露終端問題、多路徑路由下的路由耦合問題、鄰近節點同頻干擾問題，嚴重影響了WSN的通信性能。

　　隨著無線通信技術的發展，各種無線通信系統及電磁設備因安裝便捷、使用靈活、經濟節約、易于擴展的優點而得到廣泛應用。而使用IEEE802.15.4協議的WSN與使用IEEE802.11等系列協議的無線系統同處于ISM的2.4 GHz頻段，在實際部署環境中，當二者使用的信道頻段重疊時，WSN容易受到其他異構通信系統的交叉干擾。電磁干擾會導致WSN通信吞吐量降低，重傳時延增加，網絡拓撲頻繁變化，通信可靠性下降，部分受干擾節點因通信不可達而孤立，甚至因通信質量下降而消耗大量能量，縮短生存時間。

　　本文分類描述了WSN面臨的不同種類電磁干擾及其影響，通過設置不同的干擾實驗場景，實際測量了WSN在不同電磁干擾下的接收延時、包接收率和吞吐量等通信指標，定量分析了WSN在不同干擾環境下的通信性能。

　　1 相關工作與動機

　　WSN面臨的電磁干擾按照干擾源可以分為同構無線干擾和異構無線干擾。

　　同構無線干擾發生在同一環境中密集部署的WSN距離相近的節點之間或多個WSN之間，當今高數據量和服務質量的應用需求使得這類干擾問題變得更加突出。首先一些基于競爭的MAC協議所采用的CSMA/CA機制增加了信息的傳輸延遲，隱藏終端和暴露終端問題在自組織多跳傳輸的WSN中始終存在［1］。其次，具有諸多性能優勢的多路徑路由協議，由于允許在一對源節點和目標節點間沿著多條路徑進行數據傳輸，而節點在無線鏈路中發送數據時又具有全向傳輸的特點，因此，多路徑路由會發生路由耦合的現象。即使兩條不相交的傳輸路徑也會因為路徑中的某些節點距離過近而產生嚴重的干擾，從而降低多路徑路由的傳輸效率。此外，在多個WSN密集部署于同一環境的應用場景中，每個WSN雖然負責不同的具體應用［2］，但卻使用相同的物理層和MAC層協議，一旦隸屬于不同WSN的節點距離過近，且工作于相同或相鄰信道時，它們之間也會形成嚴重的網間干擾，傳輸效率會因此降低。

　　異構無線干擾發生在同一環境中多種無線通信系統及電磁設備共存的情況下［3］。2.4 GHz為各國共同的ISM頻段，即工業、科學和醫用頻段。WLAN、WSN、Bluetooth等無線網絡，均可工作在2.4 GHz頻段上。IEEE 802.15.4的信道帶寬為5 MHz，而IEEE 802.11b的信道帶寬為22 MHz，每個IEEE 802.11b信道與4個IEEE 802.15.4信道重疊。WSN節點設備采用電池供電，傳輸功率為-30 ～0 dBm，而WLAN節點設備的傳輸功率一般在15 dBm以上。目前，WLAN的覆蓋范圍已經很廣泛，以清華大學為例，室內室外均有大量WLAN的AP部署，容易與WSN節點近距離、同頻段共存，形成異構系統間的交叉干擾。已有研究表明［4］，WLAN節點的發射功率要比WSN大一到兩個數量級，一旦這兩個系統的信道重疊，MSN中的節點會受到嚴重的異構無線干擾。

　　綜上所述，量化分析WSN在不同干擾環境下的通信性能，對于提高WSN的抗干擾能力和實用價值具有重要意義。目前，對于WSN在不同電磁干擾環境下的相關特征已有一些相關研究，主要分為理論分析和實驗驗證兩大類。理論分析類研究集中于從干擾源的頻段重疊、占空比、發送功率和傳輸距離等特征因素出發，建立WSN的網絡丟包干擾概率模型［5］。實驗驗證類研究則集中于在實驗測量的基礎上統計分析不同信道的信標接收率、鏈路質量評估值和環境RSSI等特征因素與不同電磁干擾的相關性［6］。以上研究大多通過WSN與電磁干擾具有相關性的特征因素來描述不同電磁干擾特征，而對于WSN在不同電磁干擾環境中的通信性能則研究較少。本文借鑒了實驗驗證類的研究方法，通過對接收延時、包接收率和吞吐量的實驗測量，量化分析了WSN在不同電磁干擾環境下的通信性能。