無線傳感器網絡數據傳輸關鍵技術的研究.pdf

1、無線傳感器網絡是由部署在監(jiān)測區(qū)域的大量微型、廉價傳感器節(jié)點組成,通過無線傳輸方式形成一個多跳的自組織網絡的網絡系統(tǒng)。構建無線傳感器網絡的目的是協(xié)作地感知、監(jiān)測覆蓋區(qū)域內的目標,并將監(jiān)測數據發(fā)布給觀察者。無線傳感器網絡不同于互聯網以及其他有線網絡,它是以無線的方式傳輸數據,通常節(jié)點用電池供電。由于能量有限,無線傳感器網絡數據傳輸的實時性和可靠性與其他傳輸方式不具有可比性,往往某個節(jié)點會因為工作量過大導致該節(jié)點耗電過快而快速“死亡”,使得各

2、個節(jié)點的能量分布失衡,進而影響到整個網絡的“壽命”和數據傳輸的可靠性。本文研究的目的是在分析制約網絡節(jié)點能量均衡性以及數據傳輸可靠性的諸多因素基礎上，通過對中繼節(jié)點設置方法、傳輸數據的聚合方法、傳輸數據的加密以及節(jié)點定位等技術的研究,旨在提高整體無線傳感器網絡的高能效性和數據傳輸的可靠性。使之在同等能量、同等功能下,實現網絡壽命更長、數據傳輸更可靠。為了解決上述問題,本文圍繞著無線傳感器網絡高能效性、數據傳輸可靠性,主要開展了四方面的研

3、究工作。
　　針對目前無線傳感器網絡中繼節(jié)點位置設置方法存在約束條件單一、前置條件理想化、評價標準具有局限性等問題,提出了一種在監(jiān)測對象與環(huán)境已經確定的前提下,合理設置中繼節(jié)點的方法。該方法將中繼節(jié)點布局禁區(qū)、路徑不可逆、數據轉送次數上限值以及中繼節(jié)點通信容量等多約束條件引入現有中繼節(jié)點布局模型;針對目前普遍使用的基于最小距離和評價標準的局限性問題,依據無線信號發(fā)射功率與發(fā)射接收間距的平方和成正比這一事實,提出了基于最小通信網絡距

4、離因子的布局算法評價標準,該標準可以更科學地反映節(jié)點的能量均衡狀態(tài);最后采用枚舉法與貪婪尋優(yōu)算法相結合的方案實現了網絡構建初期中繼節(jié)點的合理布局。本文在理論分析和算法論證的基礎上，對關鍵技術進行了實驗驗證,證實了本算法的有效性和基于本算法構建的網絡所具有的高能效性特點。
　　針對目前數據聚合技術中所忽略的網絡各層節(jié)點數據吞吐量不同、網絡不對稱性等原因造成的部分節(jié)點所分配時間過短造成其來不及完成數據傳輸任務,而部分節(jié)點因為所分配的時

5、間過長造成無謂地浪費能量等現象,研究了一種中繼節(jié)點延時自適應分配的數據聚合時機控制算法。該算法根據節(jié)點在網絡結構中的位置,同時考慮因子節(jié)點數據吞吐量的差異造成的不同時延、并引入MAC層送信等待延時補償,有效地減少了數據無線傳輸時的數據沖撞和延時過長的問題。本文在理論分析和算法論證的基礎上，仿真實驗證實了本算法的有效性。
　　針對無線傳感器網絡應用環(huán)境下,數據傳輸存在的數據安全問題,以及目前成熟加密算法由于需要資源較多、無法在無線傳

6、感器網絡環(huán)境下運行的問題,本文研究出采用兩個典型混沌方程(帳篷映射和貓映射)的離散化操作,并結合Feistel網絡結構以及S-box等技術實現的快速、安全且資源消耗低、適用于無線傳感器網絡的分組加解密算法。針對所研究算法,我們做了大量實驗加以驗證,本文提出的分組加密算法具有快速、安全且資源消耗低等優(yōu)點,完全能夠適應無線傳感器網絡環(huán)境的加密需求。
　　針對目前基于測距定位算法對錨節(jié)點分布密度過度依賴的不足,給出了一種讓一跳以外節(jié)點介