無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用若干關(guān)鍵問題研究.pdf

1、集成了傳感器技術(shù)、微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)、無線通信技術(shù)和分布式信息處理技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是當前信息技術(shù)的前沿之一。目前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種廉價、方便的信息采集方法，尤其是在敵對和惡劣的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境下，傳統(tǒng)的方法代價高昂因而幾乎無法使用，如戰(zhàn)場的生存性應(yīng)用、惡劣環(huán)境的監(jiān)測應(yīng)用、安全相關(guān)的應(yīng)用以及災(zāi)難管理等應(yīng)用，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)都顯示了巨大的應(yīng)用價值。在這些應(yīng)用中，傳感器往往是隨機部署在監(jiān)測區(qū)域，我們希望傳感器一直正常工作直

2、到其能量耗盡為止。
　　 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署之后，傳感器節(jié)點采集現(xiàn)實世界中諸如熱、光或者某個監(jiān)測對象的相關(guān)物理信息，對于傳感器網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點，都通過自身的傳感電路來感知監(jiān)測對象的相關(guān)信息，從而獲取原始數(shù)據(jù)，然后通過一類稱為基站的特殊節(jié)點經(jīng)過匯聚和融合等相應(yīng)處理，最后由基站傳送到外界的控制中心進行最后處理。
　　 目前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在很多方面得到了應(yīng)用，如環(huán)境監(jiān)測、森林防火、災(zāi)難急救、候鳥遷徙跟蹤、軍事情報收集、無線

3、定位等。與固定網(wǎng)絡(luò)一樣，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)廣泛、有效地應(yīng)用取決于安全的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、有效的定位、連通方案以及高效、節(jié)能的網(wǎng)絡(luò)路由形成機制等諸多限制性問題的有效解決。
　　 本論文針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全中的定位認證技術(shù)、覆蓋連通性技術(shù)和自適應(yīng)路由拓撲技術(shù)等關(guān)鍵問題進行研究并設(shè)計開發(fā)出相關(guān)的研究成果，并對研究成果進行了詳細的分析及討論。
　　 論文的主要章節(jié)以及研究內(nèi)容具體如下：
　　 第1章主要介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點及

4、應(yīng)用，在目前情況下，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用所面臨的制約因素，從而引出本論文研究的動機和意義。
　　 第2章從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)安全等三個方面論述了目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所面臨的關(guān)鍵問題；其中，主要論述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用方面存在的問題，突出了本文的研究重點。
　　 第3章介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位系統(tǒng)，剖析了其各組成部分以及所面臨的安全威脅，在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于身份的安全定位認證方案，該認證方案能夠有效地運用

5、在定位系統(tǒng)的各個部分。
　　 第4章針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署區(qū)域內(nèi)，由于通信障礙和其他一些因素產(chǎn)生的某些節(jié)點無法與網(wǎng)絡(luò)通信的情況，給出了一種使用節(jié)點代理解決監(jiān)測區(qū)域內(nèi)節(jié)點通信不可達的方案，并基于一般意義的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型提出了一種探測覆蓋區(qū)域內(nèi)節(jié)點連通性的算法，分析和測試結(jié)果表明了該方案具有一定的有效性及先進性。
　　 第5章在介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特征的基礎(chǔ)上，研究一種基于自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點路由形成機制。通過該機制所構(gòu)造的路由協(xié)

6、議算法具有高效、合理的特點。對該機制所進行的理論和應(yīng)用分析表明，所構(gòu)造的網(wǎng)絡(luò)路由可以提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的平均壽命，并且可以使網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸具有高效、可靠的特點。
　　 第6章在前幾章研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，進行了全文的總結(jié)并對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)的進一步研究方向和發(fā)展趨勢進行了展望。
　　 全文的研究成果及創(chuàng)新總結(jié)如下：
　　 基于身份的節(jié)點定位認證方案：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身的能量、處理能力以及帶寬方面的局限性使得一

7、些有效的高資源消耗技術(shù)，如加密、檢測和位置認證等技術(shù)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)定位中難以獲得有效應(yīng)用。本文在介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位系統(tǒng)，并剖析其各組成部分所面臨的安全威脅的基礎(chǔ)上，提出了一種基于身份的安全定位認證方案，該認證方案能夠有效地運用在定位系統(tǒng)的各個部分。安全性分析驗證了該方案能夠有效地阻止針對定位系統(tǒng)各種形式的網(wǎng)絡(luò)攻擊。對相關(guān)方案的性能分析和比較表明，所提出的方案在網(wǎng)絡(luò)資源消耗、有效性和可實現(xiàn)方面都比較適合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

8、r>　　 基于代理的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋連通性方案：針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署區(qū)域由于通信障礙和其他一些因素產(chǎn)生的某些節(jié)點無法與網(wǎng)絡(luò)通信的情況，給出了一種使用代理節(jié)點解決監(jiān)測區(qū)域內(nèi)節(jié)點通信不可達的方案，并基于一般意義的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型提出了一種探測覆蓋區(qū)域內(nèi)節(jié)點連通性的算法：基于深度探測的節(jié)點覆蓋連通性判定算法DBDAFNCJ。節(jié)點連通性分析和仿真實驗結(jié)果表明節(jié)點代理方案可以很好地改善節(jié)點部署區(qū)域內(nèi)節(jié)點通信不可達的情況，同時表明DBDAFNCJ

9、算法可以高效、準確地獲悉部署區(qū)域內(nèi)節(jié)點連通性的情況。
　　 基于自適應(yīng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由機制：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由于其自身計算資源、能量及帶寬的局限性從而使得如何尋找合適的路由問題變得很關(guān)鍵。本文研究了基于自適應(yīng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點路由機制，該機制通過節(jié)點自身的剩余能量及相鄰節(jié)點的成簇密度決定網(wǎng)絡(luò)的路由形成方式，所構(gòu)造的路由具有高效、合理的特點。理論和應(yīng)用分析表明，所提出自適應(yīng)路由機制可以提高網(wǎng)絡(luò)的平均壽命，使網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸更加高效、可