軀域無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信道模型及其信息安全的研究.pdf

1、軀域無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Body Sensor Network，WBSN)是以附著于體表或置于體內(nèi)的傳感器為通信終端的超短距離無線網(wǎng)絡(luò)，其主要應(yīng)用目標(biāo)是輔助實現(xiàn)患者生理狀況的無障礙監(jiān)測和反饋治療信息以實現(xiàn)智能控制。本學(xué)位論文從WBSN系統(tǒng)的有效性與可靠性出發(fā)，著重研究其體表無線信道的數(shù)學(xué)模型、網(wǎng)間抗干擾機制以及網(wǎng)內(nèi)信息安全解決方案。 論文共分六章。 第一章綜述WBSN并給出論文的研究背景、主要內(nèi)容及章節(jié)安排

2、。 第二章給出論文研究的主要理論與技術(shù)基礎(chǔ)，討論論文相關(guān)內(nèi)容的研究進(jìn)展。 第三章研究WBSN體表無線信道的數(shù)學(xué)建模，采用基于時域有限差分法的電磁仿真工具建立三維多層人體仿真模型，首先分析地面反射對體表無線信道特性的影響，然后針對當(dāng)前短距離無線網(wǎng)絡(luò)常用的2.4GHz、5.2GHz和5.7GHz等ISM頻段，在自由空間環(huán)境下對WBSN體表無線信道給出路徑損耗和時延特性的仿真數(shù)值并建立相應(yīng)數(shù)學(xué)模型。結(jié)果表明，當(dāng)工作頻率較高時，

3、體表無線信道的路徑損耗相對較??；當(dāng)收發(fā)終端都位于主軀干時，平均接收信號功率隨最短等效體表距離呈對數(shù)衰減，路徑損耗指數(shù)大于4，當(dāng)工作頻率較高時，路徑損耗指數(shù)較小，相應(yīng)的路徑損耗數(shù)值也較小，路徑損耗相對于最短等效體表距離的變化也較小；當(dāng)發(fā)送端位于主軀干而接收端位于上肢時，平均接收信號功率隨最短體表距離呈線性衰減，并且路徑損耗斜率與收發(fā)端高度差有關(guān)。 為給出WBSN網(wǎng)間抗干擾機制和網(wǎng)內(nèi)安全解決方案，論文第四章提出一種用于動態(tài)網(wǎng)絡(luò)實體識

4、別的基于時變生物特征的新型生物測定系統(tǒng)。有別于現(xiàn)有的一般生物測定系統(tǒng)，新系統(tǒng)中進(jìn)行相互匹配的生物特征必須是同步采集的，因此不需要預(yù)先采集特征模板；適用的生物特征必須具備時變特性，并且從不同人體部位檢測到的生物特征必須具備高相似性。論文進(jìn)一步舉例分析一種可應(yīng)用于新型生物測定系統(tǒng)的時變生物特征，即心臟搏動間隔。根據(jù)從心血管信號(包括兩種不同信號以及從不同人體部位檢測到的同種信號)中提取的心臟搏動間隔，統(tǒng)計分析該時變生物特征的隨機性和同體相似

5、性，并基于數(shù)據(jù)全集綜合分析該時變生物特征的使用性能，即誤接受率和誤拒絕率。結(jié)果表明，由心臟搏動間隔生成的動態(tài)個體識別碼可達(dá)到低于2×10<'-2>的半總錯誤率(其定義為誤接受率與誤拒絕率和的一半)。此外，論文還討論動態(tài)個體識別碼編碼方案對系統(tǒng)性能的影響，并分析實施新型生物測定系統(tǒng)所需增加的系統(tǒng)成本，包括存儲量和計算復(fù)雜性等。 論文第五章首先提出基于時變生物信號的真隨機數(shù)生成方法，對其生成序列的隨機性能給出實驗數(shù)據(jù)驗證結(jié)果，進(jìn)行生

6、成效率評估，并分析由同步同種生物信號作為輸入而生成的不同序列之間的相關(guān)性，給出實驗數(shù)據(jù)計算結(jié)果；然后，以第四章的新型生物測定系統(tǒng)為基礎(chǔ)，給出可實現(xiàn)身份鑒別和訪問控制的對等實體鑒別機制，采用BAN(Burrows，Abadi andNeedham)類邏輯對其進(jìn)行安全分析，并給出網(wǎng)內(nèi)節(jié)點之間實施該鑒別機制而發(fā)生失敗事件的概率與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點總數(shù)之間的關(guān)系表達(dá)式，證明該鑒別機制適用于小規(guī)模的WBSN；最后，提出基于新型生物測定系統(tǒng)的適用于WBSN的