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《北京邮电大学》 2010年
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无线传感器网络路由信任评估与数据传输控制关键技术研究

许小丰  
【摘要】: 无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSNs)在国家安全、国民经济多方面有广泛的应用前景。安全可靠的数据传输对顺利实现网络功能、延长网络寿命至关重要,是WSNs走向实际应用必须解决的关键问题之一。然而,基于密码体系的安全机制只能抵抗外部攻击,设计思路与实现方法都无法解决网络节点失效或被俘导致的内部攻击问题;另外,可靠的数据传输需要合理的传输控制机制解决网络数据差错和拥塞丢包问题。因此,为了实现网络高效节能、安全可信的数据传输,需要对路由信任评估与传输控制关键技术进行深入研究。研究内容分为三部分:(1)对节点间信任评估与高效路由方法进行研究,在节点信任度量的基础上实现网络路由的高效节能;(2)研究跨层主动式预测数据传输控制方法,解决网络拥塞丢包及数据差错问题,提高网络的整体性能;(3)建立信任评估与传输控制实验平台,对所提算法有效性进行验证。 针对传感器节点失效或被俘所导致的网络安全问题,提出了一种基于节点行为策略与改进证据理论结合的信任评估算法。该算法根据节点行为方式制定各种信任因子,基于网络应用场景动态制定各因子系数,进而得到被评估节点的直接与间接信任值;同时,采用模糊集方法,形成证据理论的基本输入向量;在此基础上,计算各间接信任与直接信任值的证据差异,修改D-S证据组合规则,最终合成邻居节点的综合信任值。实验结果表明,新算法解决了网络中恶意节点难以识别的问题,体现了信任值“得到困难、失之容易”的特性,提高了网络的安全性。 为了减少节点能耗,提高无线传感器网络生存周期,提出了—种置信区间和禁忌策略相结合的层次型路由算法。该算法根据簇内节点所采数据成高斯分布的特点,使用抽样样本设定置信区间与总量模型进行对比,有效减少了数据发送量;同时为了避免网络出现抽样热点,采用禁忌策略对抽样数据进行禁忌水平线限制。实验结果表明,新算法在满足不同用户准确率要求的前提下,大幅度增加了网络寿命,实现了路由的高效节能。 针对数据传输过程中如何选择信任路由的问题,在节点信任评估及路由高效节能研究的基础上,提出了一种无线传感器网络中基于节点信任度量的层次型路由算法。该算法首先采用新提出的信任评估算法对节点进行信任评估,得到各节点信任值;然后结合节点密集度、向心度、信任值大小进行路由主干节点(簇头)信任选举,从而建立节点可信路由表;并利用新提出的层次型路由算法减少簇内能量耗费。在此基础上,根据簇头节点间距离及相关性系数,确定簇头间数据转发关系,进一步减少数据传输能耗。仿真实验表明,该算法实现了传感器网络对路由安全可信、高效节能的要求,解决了网络“感知空洞”和“能耗热点”问题。 针对数据传输过程中存在的拥塞丢包及数据差错问题,提出了一种跨层主动式预测数据传输控制协议。该协议根据单节点存储状况及局部网络平均缓存占用量,采用排队论方法,结合局部网络数据量变化趋势,主动预测并调整下一时刻节点发送速率;同时,根据数据包原始优先级、存储等待时间以及邻居节点数量制定MAC层信道竞争策略,动态调整数据发送优先级,保证网络公平性与时效性。实验结果表明,该算法有效保证了网络信息的可靠传输、提高了网络生存周期和可用性,增加了网络带宽的利用率,体现了网络公平性与时效性。 为了验证所提算法的有效性,研发了基于无线传感器网络的信任评估与传输控制实验系统。包括自主研发的N201系列传感器节点和网关等硬件设备以及信任评估与控制实验系统的整体架构,研发了节点和网关的NesC程序以及TestBed管理软件。最后,通过实验对信任评估与传输控制性能进行了测试。该实验系统具有通用性和可扩展性,可为信任评估与传输控制算法研究提供验证和测试平台,同时也为无线传感器网络的其他应用研究打下基础。
【学位授予单位】:北京邮电大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TN929.5;TP212.9

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 任玲;无线传感器网络能量高效的传输策略研究[D];合肥工业大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 胡文基;徐明伟;;无线传感器网络安全路由协议分析[J];北京邮电大学学报;2006年S1期
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张晋;无线传感器网络覆盖控制算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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8 蒋鼎国;无线传感器网络农业信息监控系统设计与数据融合研究[D];江南大学;2010年
9 翟丽丽;基于自组织理论的高技术虚拟企业管理模式研究[D];哈尔滨理工大学;2009年
10 高艺;能源自给低功耗无线传感器网络关键技术研究[D];南开大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 叶青;基于可信的无线传感器网络认证技术的研究[D];安徽工程大学;2010年
2 谌业滨;无线传感器网络自身健康状态融合机制研究[D];南昌航空大学;2010年
3 刘瑾;混合网络TCP拥塞控制技术的研究[D];山东科技大学;2010年
4 乔田田;无线传感器网络路由协议研究[D];山东科技大学;2010年
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6 彭慧;面向离散型制造业的嵌入式MES检测终端开发[D];浙江理工大学;2010年
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9 张磊;基于无线传感器网络的实验管理系统的设计与实现[D];郑州大学;2010年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 崔莉,鞠海玲,苗勇,李天璞,刘巍,赵泽;无线传感器网络研究进展[J];计算机研究与发展;2005年01期
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中国硕士学位论文全文数据库 前1条
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吕良彬;曹阳;高洵;罗卉;;基于球壳交集的传感器网络三维定位算法[J];北京邮电大学学报;2006年S1期
2 葛艳;王薇;闫传军;吴鹏;任志考;;基于模糊神经网络的CDMA网络故障诊断方法[J];北京邮电大学学报;2007年01期
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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【相似文献】
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中国重要报纸全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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4 吁玲;基于6LoWPANs的无线传感器网络节能路由机制研究[D];吉林大学;2012年
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6 张春梅;基于无线传感器网络的视频安全传输关键技术的研究[D];南京邮电大学;2012年
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8 刘瑞;优化网络能耗的无线传感器网络监控平台研究[D];沈阳师范大学;2012年
9 林健;基于无线传感器网络数据采集平台的设计与实现[D];北京林业大学;2012年
10 高云璐;云计算下信任评估技术的研究[D];上海交通大学;2012年
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