無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)及定位安全性研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以其低耗自組、容錯(cuò)性好、易于大規(guī)模部署等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于軍事、環(huán)境、工業(yè)和農(nóng)業(yè)監(jiān)控等領(lǐng)域。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中,節(jié)點(diǎn)的位置信息起到至關(guān)重要的作用,節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)資源受限、開放性部署、無人值守等特點(diǎn)使得在節(jié)點(diǎn)定位過程中存在安全隱患,因此定位安全性在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中有著重要意義。
　　節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展,一系列節(jié)點(diǎn)定位方法被提出,并且在一定應(yīng)用場合取得較好的效

2、果,然而作為一門新興的研究領(lǐng)域,節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)依然有較多技術(shù)難題需要解決,如:1)各種定位算法系統(tǒng)都基于不同的假設(shè)和應(yīng)用場合,采用特定方法來解決定位問題,目前還沒有一種通用最優(yōu)的定位算法系統(tǒng);2)高精度的定位算法技術(shù)過多依賴硬件支持,計(jì)算及通信開銷較大,不利于算法的廣泛應(yīng)用;3)定位算法系統(tǒng)安全性很脆弱,現(xiàn)有的安全技術(shù)往往基于加密、測距、測角度、嚴(yán)格的時(shí)間同步,或復(fù)雜的統(tǒng)計(jì)分析,與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)資源受限的特點(diǎn)相違背,定位安全性算法還需要進(jìn)

3、一步研究。針對以上問題,本文采用理論分析與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,對節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)及定位安全性展開深入的研究,主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)基于節(jié)點(diǎn)多跳無須測距定位過程中累積誤差會(huì)嚴(yán)重影響定位精度,累積誤差的產(chǎn)生與各單跳距離的誤差有關(guān),對單跳距離誤差的控制能有效減小累積誤差傳播,提出了一種累積誤差補(bǔ)償?shù)腗LCEC定位算法,該算法基于最短路徑上前序節(jié)點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)分析,對從信標(biāo)節(jié)點(diǎn)到未知節(jié)點(diǎn)的最短路徑的跳數(shù)依次進(jìn)行修正,并提出了k跳平均

4、跳距的概念,與跳數(shù)修正相結(jié)合使累積誤差得到了較好的控制,大大降低了定位誤差。并針對信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的異常分布情況,提出了一種簡單的檢測其共線度的方法,從而進(jìn)一步提高定位算法的健壯性。實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果表明,該算法額外開銷較小,可在信標(biāo)節(jié)點(diǎn)比例較小的情況下,能獲得較好的定位性能,并有較好的擴(kuò)展性。
　　(2)針對定位算法易受到節(jié)點(diǎn)分布不均、非視距傳播等網(wǎng)絡(luò)各向異性因素的影響,提出一種基于核Tikhonov規(guī)則化的MLKT定位方法。該方法采用核T

5、ikhonov規(guī)則化方法構(gòu)建跳數(shù)一距離映射模型,并利用該模型估計(jì)未知節(jié)點(diǎn)到參考節(jié)點(diǎn)的距離。理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)表明,基于核Tikhonov規(guī)則化定位能有效避免網(wǎng)絡(luò)各向異性和計(jì)算不適定問題,提高了定位精度,且涉及參數(shù)少,因而算法計(jì)算開銷小,可適應(yīng)于節(jié)點(diǎn)部署環(huán)境較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò),具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　(3)通過對顯式攻擊模型的分析,針對攻擊節(jié)點(diǎn)作為節(jié)點(diǎn)間通信最短路徑上唯一前序節(jié)點(diǎn)(Unique Proorder Node,UPN)的

6、概率很大的特點(diǎn),對UPN數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)方差進(jìn)行分析,提出了UPNDA檢測算法,該算法計(jì)算簡單,能有效地檢測和防御顯式攻擊,減小攻擊對定位算法的影響。針對隱式攻擊對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的影響,對攻擊前后鄰居節(jié)點(diǎn)的異常變化情況進(jìn)行分析,提出了基于鄰居節(jié)點(diǎn)集分析的NSDA檢測防御方法,對受攻擊節(jié)點(diǎn)分類進(jìn)行處理,盡量減小攻擊產(chǎn)生的影響;并針對攻擊節(jié)點(diǎn)通信范圍較大的情況,提出了一種基于蟲洞環(huán)的WRDA檢測防御算法,該算法通過對節(jié)點(diǎn)連通度進(jìn)行概率分析,基于受攻擊