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《电子科技大学》 2010年
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无线传感器网络移动组播QoS安全追踪算法研究

靳京  
【摘要】:作为无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)的重要应用之一,目标追踪广泛应用于战场监控、环境监测、医疗救助、交管控制,以及生物追踪等各个领域。在传感器追踪网络(Wireless Sensor Tracking Network, WSTN)中,数据聚集通常是由当地的环境事件驱动,并需要为空间约束来协调操控活动的对象。为了连续监测一个移动的实体,传感器网络必须保持一个活动的传感器组以和该实体相同的速度移动。因而传感器网络追踪算法应该具有良好的时空特性,以组播通信协议Mobicast为代表的移动组播技术恰恰满足了这一需求。 大多数传感器网络目标追踪应用对组播性能的服务质量(Quality of Service, QoS)有着较高的要求。然而包括Mobicast在内,现有组播算法和协议主要集中在网络某些局部性能方面的提高,少有对于全局QoS及其安全性的论述,导致顾此失彼,因小失大,无法从整体上得到QoS最优的方案。同时由于无法满足网络规模、安全性等一些重要指标而变得难以推行。 因此,本论文在Mobicast协议基础上,采用动态分簇和节点状态自感知技术,从移动组播原理和构架的角度提出了一种动态分簇QoS组播方案,通过实时优化分簇策略,使得组播追踪QoS性能最优化。然后在此方案基础上加入节点认证机制,通过基于多级μTESLA协议的最优QoS安全认证算法,以及追踪组播密钥管理策略,保证了上述组播方案的安全性。最后在此基础上对多目标监测时所产生的新问题进行了研究。 主要原创性工作在于以下几个方面: 1.提出了一种基于Mobicast协议的动态分簇组播QoS路由方案:方案通过调整节点入簇门限条件,使得只有性能最优的节点才能参于Mobicast会话;同时引入自感知技术,动态评估当前组播服务质量(QoS)需求,并利用矩阵编码和线性规划技术实时选择最佳分簇策略。该方案强化了节点入簇的审查和管理,并根据网络拓扑环境和节点自身状况的改变动态调整分簇策略,能够极大地提高组播效率和网络性能,从基本构架层面保证了系统QoS。 2.提出了一种基于多级μTESLA协议的最优QoS安全认证算法:该算法根据Mobicast协议原理,将实体运动速度与组播应用服务需求相关参数向量化,并在其基础上得出满足最优QoS的多级μTESLA级数M的表达式。该算法将自感知技术引入QoS需求的量化体系,并创新性地提出并分析了安全组播QoS与密钥层次之间的函数关系,在无线传感器网络QoS优化方面实现了一定程度的突破。该算法与上述动态分簇QoS组播路由方案相结合,较好地保证了该方案的安全性。 3.改进了追踪组播密钥管理策略:该策略采用基于消息驱动协作跟踪算法原理,参考“追踪簇密钥更新协议”,使用底层链路加密密钥作为会话密钥的分配密钥。本方案能够通过建立动态簇组播会话密钥管理策略,更好地提高算法的安全性和可用性。 4.构建并讨论了多目标情况下的QoS组播监测方案:通常情况下,区域监控目标往往不止一个,且各个目标组播簇之间可能出现重叠干扰等复杂状况,不能完全使用单一目标的组播方案。针对多目标监测时各实体间不同的初始位置和运行速度,本方案将动态分簇QoS组播路由方案及其对应安全认证算法加以改进,提出了一种多目标动态分簇组播方案。该方案根据实体间不同位置和速度,分别提出了相应的分簇更新策略,并将一系列相关算法进行了改进,以保证多目标监测方案QoS达到最优。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TN929.5;TP212.9

【参考文献】
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