無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域的大量微型、廉價(jià)傳感器節(jié)點(diǎn)組成,通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸方式形成一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。構(gòu)建無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的目的是協(xié)作地感知、監(jiān)測(cè)覆蓋區(qū)域內(nèi)的目標(biāo),并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)布給觀察者。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)不同于互聯(lián)網(wǎng)以及其他有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò),它是以無(wú)線(xiàn)的方式傳輸數(shù)據(jù),通常節(jié)點(diǎn)用電池供電。由于能量有限,無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性與其他傳輸方式不具有可比性,往往某個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)因?yàn)楣ぷ髁窟^(guò)大導(dǎo)致該節(jié)點(diǎn)耗電過(guò)快而快速“死亡”,使得各

2、個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量分布失衡,進(jìn)而影響到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的“壽命”和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。本文研究的目的是在分析制約網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量均衡性以及數(shù)據(jù)傳輸可靠性的諸多因素基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)設(shè)置方法、傳輸數(shù)據(jù)的聚合方法、傳輸數(shù)據(jù)的加密以及節(jié)點(diǎn)定位等技術(shù)的研究,旨在提高整體無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的高能效性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。使之在同等能量、同等功能?實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)壽命更長(zhǎng)、數(shù)據(jù)傳輸更可靠。為了解決上述問(wèn)題,本文圍繞著無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)高能效性、數(shù)據(jù)傳輸可靠性,主要開(kāi)展了四方面的研

3、究工作。
　　針對(duì)目前無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)位置設(shè)置方法存在約束條件單一、前置條件理想化、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)具有局限性等問(wèn)題,提出了一種在監(jiān)測(cè)對(duì)象與環(huán)境已經(jīng)確定的前提下,合理設(shè)置中繼節(jié)點(diǎn)的方法。該方法將中繼節(jié)點(diǎn)布局禁區(qū)、路徑不可逆、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送次數(shù)上限值以及中繼節(jié)點(diǎn)通信容量等多約束條件引入現(xiàn)有中繼節(jié)點(diǎn)布局模型;針對(duì)目前普遍使用的基于最小距離和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的局限性問(wèn)題,依據(jù)無(wú)線(xiàn)信號(hào)發(fā)射功率與發(fā)射接收間距的平方和成正比這一事實(shí),提出了基于最小通信網(wǎng)絡(luò)距

4、離因子的布局算法評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)可以更科學(xué)地反映節(jié)點(diǎn)的能量均衡狀態(tài);最后采用枚舉法與貪婪尋優(yōu)算法相結(jié)合的方案實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建初期中繼節(jié)點(diǎn)的合理布局。本文在理論分析和算法論證的基礎(chǔ)上，對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,證實(shí)了本算法的有效性和基于本算法構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)所具有的高能效性特點(diǎn)。
　　針對(duì)目前數(shù)據(jù)聚合技術(shù)中所忽略的網(wǎng)絡(luò)各層節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)吞吐量不同、網(wǎng)絡(luò)不對(duì)稱(chēng)性等原因造成的部分節(jié)點(diǎn)所分配時(shí)間過(guò)短造成其來(lái)不及完成數(shù)據(jù)傳輸任務(wù),而部分節(jié)點(diǎn)因?yàn)樗峙涞臅r(shí)

5、間過(guò)長(zhǎng)造成無(wú)謂地浪費(fèi)能量等現(xiàn)象,研究了一種中繼節(jié)點(diǎn)延時(shí)自適應(yīng)分配的數(shù)據(jù)聚合時(shí)機(jī)控制算法。該算法根據(jù)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的位置,同時(shí)考慮因子節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)吞吐量的差異造成的不同時(shí)延、并引入MAC層送信等待延時(shí)補(bǔ)償,有效地減少了數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)傳輸時(shí)的數(shù)據(jù)沖撞和延時(shí)過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題。本文在理論分析和算法論證的基礎(chǔ)上，仿真實(shí)驗(yàn)證實(shí)了本算法的有效性。
　　針對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境下,數(shù)據(jù)傳輸存在的數(shù)據(jù)安全問(wèn)題,以及目前成熟加密算法由于需要資源較多、無(wú)法在無(wú)線(xiàn)傳

6、感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下運(yùn)行的問(wèn)題,本文研究出采用兩個(gè)典型混沌方程(帳篷映射和貓映射)的離散化操作,并結(jié)合Feistel網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及S-box等技術(shù)實(shí)現(xiàn)的快速、安全且資源消耗低、適用于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的分組加解密算法。針對(duì)所研究算法,我們做了大量實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證,本文提出的分組加密算法具有快速、安全且資源消耗低等優(yōu)點(diǎn),完全能夠適應(yīng)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的加密需求。
　　針對(duì)目前基于測(cè)距定位算法對(duì)錨節(jié)點(diǎn)分布密度過(guò)度依賴(lài)的不足,給出了一種讓一跳以外節(jié)點(diǎn)介