無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless SensorNetworks,WSN)具有開放的環(huán)境、動(dòng)態(tài)變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和資源受限的節(jié)點(diǎn),這些獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)特征使其數(shù)據(jù)傳輸、安全技術(shù)等問題成為這一領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。本文研究的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)就是其中關(guān)鍵性和富于挑戰(zhàn)性的問題。本研究分為四個(gè)部分：
　　 第一部分：設(shè)計(jì)一個(gè)簡單、高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇算法。良好的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)。我們首先分析了現(xiàn)有的ad hoc網(wǎng)絡(luò)中的分簇

2、算法和WSN中的分簇算法。這些協(xié)議或者沒考慮各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)的相關(guān)性,或者認(rèn)為數(shù)據(jù)融合是理想情況下的,即數(shù)據(jù)完全相關(guān),以至于同一簇內(nèi)幾個(gè)數(shù)據(jù)包可壓縮為一個(gè)數(shù)據(jù)包。然而,在實(shí)際的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,數(shù)據(jù)融合的程度和數(shù)據(jù)相關(guān)性是有緊密聯(lián)系的。因而,很有必要研究部分?jǐn)?shù)據(jù)相關(guān)的分簇特性。通過分析數(shù)據(jù)融合對分簇網(wǎng)絡(luò)能量的影響,提出了一種基于節(jié)點(diǎn)位置的WSN分簇算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該算法效率較高,在已知位置信息的情況下,調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)傳輸速率可以使無線傳

3、感器網(wǎng)絡(luò)的壽命延長兩倍,并且算法易于實(shí)現(xiàn)。
　　 第二部分：提出了一個(gè)動(dòng)態(tài)密鑰安全數(shù)據(jù)傳輸方案。安全問題是可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵。該方案假設(shè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)配備了有效的安全檢測機(jī)制,來檢測傳感器節(jié)點(diǎn)是否被俘虜或已經(jīng)耗盡能量。WSN有一些特殊的性質(zhì),如計(jì)算能力有限性、節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性、大規(guī)模的部署性、無人操作性、有限的通信帶寬和存儲資源等。在WSN中這些性質(zhì)加上高風(fēng)險(xiǎn)的物理攻擊對于無人操作的節(jié)點(diǎn)在安全方面具有一定的挑戰(zhàn)性。我們研究發(fā)

4、現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全與簇頭的更新有關(guān)。低功耗、計(jì)算工作量的減少和安全性的增強(qiáng)是區(qū)別其他方案的關(guān)鍵。因此在方案中采用了對稱密鑰系統(tǒng),子協(xié)議的組成定義了在傳感器網(wǎng)絡(luò)過程中密鑰如何被分配、補(bǔ)充、撤銷和更新。
　　 第三部分：研究WSN的可靠性中的重要的組成部分----擁塞控制。當(dāng)前許多工作都對擁塞檢測度量進(jìn)行了研究,希望能夠找到精確和低開銷的擁塞檢測方法。當(dāng)判斷擁塞即將或己經(jīng)發(fā)生時(shí),應(yīng)該立即采取措施有效緩解擁塞,當(dāng)前的緩解策略也很多,大都是通過

5、將擁塞消息回傳到數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)要求降低數(shù)據(jù)發(fā)送率。本文提出了一種能量有效的擁塞控制算法(Energy Efficient Congestion Control,EECC),該算法能夠依據(jù)緩沖隊(duì)列使用情況進(jìn)行擁塞檢測,通過建立新的傳輸路徑和調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送速率以實(shí)現(xiàn)擁塞緩解。
　　 第四部：研究了一種GPRS和ZigBee相結(jié)合的傳感器網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)互聯(lián)的實(shí)施。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳輸增強(qiáng)了WSN應(yīng)用的可操作性。利用GPRS和ZigBee技術(shù)