帶執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由低成本、低功耗、具有無線通信與計(jì)算能力的微小傳感器節(jié)點(diǎn)通過自組織方式形成的分布式網(wǎng)絡(luò)。它綜合了傳感器、嵌入式計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)及無線通信、分布式信息處理、微電子制造和軟件編程等理論和技術(shù),能夠通過各類微型傳感器實(shí)時(shí)采集所在物理環(huán)境中的溫度、噪聲、壓力、煙霧等數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)以自組多跳的無線網(wǎng)絡(luò)方式傳送到用戶終端。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事、環(huán)境監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)、健康護(hù)理、智能家居、建筑物監(jiān)控、城市交通等各方面都有廣泛的應(yīng)用前景,已成為當(dāng)前國

2、內(nèi)外重要的研究領(lǐng)域之一。
　　帶執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)衍生于無線傳感器網(wǎng)絡(luò),是指數(shù)量眾多的傳感器和執(zhí)行器通過無線方式形成的具有分布式監(jiān)測(cè)和執(zhí)行功能的網(wǎng)絡(luò)。在此網(wǎng)絡(luò)中,傳感器收集物理環(huán)境中的信息,執(zhí)行器之間相互協(xié)同并決策,針對(duì)物理環(huán)境信息自動(dòng)做出合適的動(dòng)作反應(yīng)。本文深入研究帶執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò),重點(diǎn)研究協(xié)同框架、密鑰管理、保密通信、應(yīng)用設(shè)計(jì)等問題。
　　論文回顧了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和帶執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的有關(guān)概

3、念,對(duì)國內(nèi)外有關(guān)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行了詳細(xì)的總結(jié)和概括。分析研究帶執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和普通無線傳感器網(wǎng)絡(luò)之間的區(qū)別。詳細(xì)闡述了帶執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、協(xié)同策略、網(wǎng)絡(luò)節(jié)能、網(wǎng)絡(luò)安全等關(guān)鍵問題。
　　在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,匯聚節(jié)點(diǎn)通常作為中心執(zhí)行數(shù)據(jù)收集和協(xié)商功能。但是在帶執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,一種新的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)象就是傳感器-執(zhí)行器協(xié)同通信和執(zhí)行器-執(zhí)行器協(xié)同通信。傳感器-執(zhí)行器協(xié)

4、同提供了事件信息從傳感器向執(zhí)行器傳送。當(dāng)執(zhí)行器接收到事件信息后,就會(huì)與其它的執(zhí)行器進(jìn)行協(xié)商,以便針對(duì)事件做出合適的動(dòng)作。在分析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和帶執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)同研究的基礎(chǔ)上,提出了兩種傳感器-執(zhí)行器協(xié)同算法,分別是基于Voronoi圖的傳感器-執(zhí)行器協(xié)同算法VGSACA和基于事件驅(qū)動(dòng)分簇的傳感器-執(zhí)行器協(xié)同算法EDSACA。
　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)固有的特性使得密鑰管理研究面臨許多新挑戰(zhàn)。論文介紹了密鑰管理的方案的分類方

5、法,著重綜述和比較了典型的密鑰管理方案。針對(duì)帶執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò),提出了一種新的密鑰預(yù)分配方案RTKPS。充分利用執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)具有能量充足、存儲(chǔ)器資源豐富、較強(qiáng)計(jì)算和通信能力等特點(diǎn),在匯聚節(jié)點(diǎn)、執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)建一棵密鑰管理樹,實(shí)現(xiàn)集中式和分布式密鑰管理的安全通信機(jī)制。應(yīng)用該密鑰預(yù)分配策略,可以顯著提高傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全性和連通性。
　　由于無線傳輸?shù)膹V播性質(zhì),通過無線接口傳送的信息更容易受到竊聽的威脅。針對(duì)帶執(zhí)行

6、器節(jié)點(diǎn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩珕栴},提出了一種基于混沌同步的保密通信系統(tǒng)。通過設(shè)計(jì)非線性狀態(tài)觀測(cè)器,構(gòu)造兩個(gè)混沌系統(tǒng),并使其保持同步,從而實(shí)現(xiàn)加密信號(hào)的完全再現(xiàn)。同時(shí)分析了同步系統(tǒng)的穩(wěn)定性,給出了設(shè)計(jì)非線性狀態(tài)觀測(cè)器的方法。應(yīng)用熟知的Rossler混沌系統(tǒng)構(gòu)建保密通信系統(tǒng),并進(jìn)行分析和仿真。仿真結(jié)果表明,該系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、同步速度快、保密程度高等特點(diǎn)。
　　論文設(shè)計(jì)了基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的大壩安全監(jiān)控系統(tǒng),包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)