基于資源受限的無線傳感器網絡關鍵問題研究.pdf

1、基于資源受限的若干關鍵技術問題一直是困擾WSN邁向成熟的瓶頸。圍繞微波無線通信的特點設計低功耗的WSN應用算法正成為解決上述瓶頸的一個有效途徑。通過適當控制WSN節(jié)點密度、使冗余節(jié)點在大部分時間處于休眠以節(jié)省能量，研究網絡區(qū)域內的節(jié)點能耗分布以指導其部署策略，將能量有效性設計思想與計算可行性的安全算法相結合解決微波無線通信安全問題，將網絡層知識用于指導節(jié)點的MAC層無線接入以實現DPM機制的跨層協(xié)議設計等都是解決上述問題的必然策略。本文

2、通過將微波無線通信網絡建模技術、理論分析方法與網絡仿真技術相結合，對WSN基于資源受限的若干相關關鍵技術問題進行了深入的研究。
　　 本文圍繞微波無線通信資源受限的特點，對WSN網絡體系結構的網絡通信協(xié)議、網絡管理以及應用支撐技術三部分進行了詳細綜述，分析了目前傳感器網絡進一步發(fā)展亟待解決的資源受限相關技術問題。通過對WSN網絡體系結構相關關鍵技術問題的概括和總結，為本文在微波通信基礎上所研究的包括節(jié)點密度控制、節(jié)點能耗分布估計

3、在內的能量有效性相關問題以及安全問題和協(xié)議跨層設計等，提供詳細的技術方法與基礎理論研究支持。
　　 研究了WSN在微波無線通信資源受限條件下利用節(jié)點密度控制達到網絡能量有效性的相關問題。通過覆蓋效用范圍與連通效用范圍之間的幾何分析與證明，簡化了區(qū)域覆蓋與網絡連通性問題的一致性策略。為了比較分布式密度控制算法的優(yōu)劣，提出了WSN密度控制問題的整數線性規(guī)劃(ILP)普遍表達形式。針對不同覆蓋區(qū)域的WSN應用覆蓋度需求，與以往基于充分

4、條件的狀態(tài)轉移判斷原則不同，提出了基于蒙特卡羅算法的節(jié)點密度控制機制和覆蓋沖突避免與隨機退避機制。與其他覆蓋控制算法相比，本文提出的蒙特卡羅算法不僅可以以較少的活躍節(jié)點對覆蓋區(qū)域完成覆蓋，還可動態(tài)控制節(jié)點覆蓋效用范圍內子區(qū)域的覆蓋度。同時，本文提出的覆蓋沖突避免與隨機退避機制可以保持網絡的穩(wěn)定性。
　　 研究了基于能量有限的節(jié)點能耗分布估計以便指導WSN網絡部署的能量有效性相關問題。比較了收集型與協(xié)作型兩類微波無線通信網絡的網絡

5、壽命求解模型。通過對節(jié)點能耗建模與軸對稱網絡均勻部署建模以及能耗分析，提出了網絡節(jié)點能耗EC估計曲線。通過推導得出結論：為了最大化網絡壽命，基站的最佳位置應位于信息重心。與其他針對協(xié)作型網絡所做的網絡壽命上限研究模型相比，本文提出的EC能耗曲線提供了對傳感器網絡監(jiān)測域內節(jié)點的能耗分布估計，即可為能量有效性的網絡部署提供理論指導，又可為評價路由協(xié)議的能量有效性提供了一個絕對標準。
　　 研究了資源受限的WSN微波無線通信安全算法，

6、分析了在能量約束，無線通信帶寬、計算處理能力等資源受限條件下安全算法應用的局限性以及網絡易受到的攻擊方式。對橢圓曲線密碼ECC算法在WSN中的可行性進行了論證。提出了基于單向累加器OWA和Bloom Filter相結合的節(jié)點認證機制，針對WSN節(jié)點的特點分析了兩種算法的加強方案。相比于WSN的預共享密鑰與隨機密鑰預分配機制，本文提出的認證機制在滿足節(jié)點資源需求的條件下，即可以使網絡內任意節(jié)點之間建立安全連接，又可以支持網絡節(jié)點的動態(tài)加入

7、與退出，同時不會使攻擊者俘獲局部節(jié)點便造成全網癱瘓。
　　 研究了基于資源受限的微波無線通信協(xié)議跨層設計問題。從微波無線通信信道的特點、接入方式和WSN應用的網絡體系結構特征三個方面論述了跨層協(xié)議設計的必要性。通過深入分析Zigbee協(xié)議棧的結構特點及其兩種無線通信機制在點對點網絡里應用的局限性，將系統(tǒng)運行周期分為三類階段，提出了CSMA/CA與TDMA無線接入相結合的跨層方案，引入節(jié)點的“盲等”策略實現數據傳輸階段與路由恢復階