無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能效與安全研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(WSNs)已經(jīng)成為當前國內(nèi)、外的重要的研究領(lǐng)域之一，它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，使人們可以在任何時間、任何地點和任何環(huán)境條件下，通過傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)采集和處理，獲取大量詳實而可靠的信息．
　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事監(jiān)控，地震與氣候預(yù)測、地下、深水以及外層空間探索等許多方面都具有廣泛的應(yīng)用前景。在民用領(lǐng)域如生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、基礎(chǔ)設(shè)施安全、先進制造、物流管理、醫(yī)療健康

2、、工業(yè)傳感、智能交通控制等方面也已經(jīng)有應(yīng)用?？梢哉f無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是信息感知和采集的一場革命，是21世紀最重要的技術(shù)之一。
　　一般認為短距離的無線低功率通信技術(shù)WPAN和LR-WPAN最適合傳感器網(wǎng)絡(luò)使用．目前，ZigBee是部署無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的新技術(shù)．它的技術(shù)特性決定它將是短距離、低速率無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的較佳選擇．
　　本文結(jié)合橫向科研項目"基于 ZigBee的民用無線燃氣抄表系統(tǒng)"，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能效和安全進行了分析和研

3、究。能量是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的一個核心內(nèi)容，其它各種內(nèi)容的研究都必須圍繞能量節(jié)省和均衡來進行，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全研究也不例外。本文在分析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，主要在能效和安全這兩個方面做了如下研究：
　?、籴槍o線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的能量有限性問題，提出了一種組合加權(quán)能量均衡的分簇與路由算法CW-EBCR，其組合權(quán)值綜合考慮了節(jié)點的度、節(jié)點能量水平、節(jié)點到其鄰居節(jié)點的平均距離、以及節(jié)點當選簇首的累計時間、距離 sink基站

4、的距離、最優(yōu)簇數(shù)等因素．給出了簇通信半徑的調(diào)整規(guī)則，實現(xiàn)了簇首的冗余遞補和簇的自維護，顧及了簇間的能量均衡．仿真分析表明，本算法可以很好地實現(xiàn)簇內(nèi)和簇間能量均衡，降低了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度，延長了網(wǎng)絡(luò)的生命周期．
　　②針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用加密算法的密鑰生成與配置的難題，提出一種基于矩陣QR分解的分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰生成配置方案(QR-KM)．在該方案中,節(jié)點廣播的是標識符和正交 Q矩陣的行向量而不是密鑰本身,攻擊者無法獲取明文密鑰

5、信息；節(jié)點在收到其它節(jié)點發(fā)送的密鑰建立信息后再進行正交性驗證。分析表明該方案增強了網(wǎng)絡(luò)的安全性．
　?、坩槍o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)特點，將灰預(yù)測理論引入到無線感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流預(yù)測中，在改進G(1,1)模型的基礎(chǔ)上，使用組合優(yōu)化策略進行系統(tǒng)參數(shù)辨識．從而建立了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流預(yù)測算法CO-GA，并給出了其通用框架．分析和仿真表明：該算法可以實時地預(yù)測傳感器的數(shù)據(jù)流、伸縮性強、能耗低、能夠在小樣本數(shù)據(jù)空間上完成，符合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

6、資源匱乏又需快速反應(yīng)的特點．該方法既可以在每個傳感器節(jié)點使用，也可以在 sink節(jié)點使用，因而具有廣泛的適用性．
　　④針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的安全威脅以及現(xiàn)有入侵檢測方法不能直接用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點，結(jié)合模糊K均值聚類方法，利用粒子群算法(PSO)全局尋優(yōu)、快速收斂的特點對其優(yōu)化，提出了一種應(yīng)用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式入侵檢測算法(DP-EFKM)。仿真和分析表明，DP-EFKM算法建?？?、運算量小，滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實時檢測、