【摘要】：多數(shù)應(yīng)用中,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)會(huì)被部署在惡劣動(dòng)態(tài)的環(huán)境下,其數(shù)據(jù)傳輸必然面臨著內(nèi)部可靠性和外部安全性等問(wèn)題。其中,前者主要來(lái)自實(shí)際拓?fù)渥兓?dòng)態(tài)鏈路、人為干擾以及數(shù)據(jù)包碰撞等造成隨機(jī)性的丟包錯(cuò)包現(xiàn)象,降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃�、時(shí)效性等;而后者主要來(lái)自惡劣的軍事戰(zhàn)場(chǎng)或者商業(yè)應(yīng)用中一些潛在的入侵攻擊等安全威脅,破壞數(shù)據(jù)的完整性、機(jī)密性、認(rèn)證性以及可用性。這些問(wèn)題在一般意義上可統(tǒng)稱為可靠性問(wèn)題。本文主要針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃詥?wèn)題,從內(nèi)部可靠性和外部安全性兩方面進(jìn)行開展研究的。其主要研究工作如下:(1)研究了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?nèi)部可靠性問(wèn)題�；跓o(wú)線信道的廣播特性,提出了一種更為一般化的協(xié)作匯聚拓?fù)淠Ｐ虶CCT,其中每跳的上行鏈路中具有特定數(shù)目的中繼節(jié)點(diǎn)協(xié)作來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。GCCT融入多種協(xié)作關(guān)系來(lái)保證逐跳傳輸?shù)目煽啃?將時(shí)間上的重傳冗余轉(zhuǎn)化為空間冗余,在保證可靠性的同時(shí)減小網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲。同時(shí),提出了一種簡(jiǎn)化的分析模型,給出了 GCCT可靠性與能耗的理論分析。(2)在GCCT的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了分布式的路徑寬度受限的編織多路徑協(xié)作傳輸機(jī)制WC-BMR及其改進(jìn)機(jī)制MCWC-BMR,拓寬了原有傳統(tǒng)匯聚樹的傳輸路徑,使得網(wǎng)內(nèi)所有源節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)Sink的傳輸以編織交叉的形式限制在其主路徑(源節(jié)點(diǎn)到Sink的最短路徑)附近,解決了 GCCT中路徑擴(kuò)散的缺陷。傳輸路徑的寬度可隨著鏈路的異構(gòu)分布與動(dòng)態(tài)變化而得到自適應(yīng)的調(diào)整。同時(shí),給出的分布式時(shí)間調(diào)度策略可以有效避免協(xié)作多路徑傳輸中相鄰兩跳間信道干擾或碰撞。MCWC-BMR引入了 WC-BMR中存在的欠協(xié)作拓?fù)涞臋z測(cè)算法,即識(shí)別由于網(wǎng)絡(luò)部署或節(jié)點(diǎn)故障等造成前后兩跳傳輸?shù)目煽啃赃^(guò)度依賴主路徑的拓?fù)?并設(shè)計(jì)了實(shí)時(shí)的分布式協(xié)作機(jī)制。(3)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù),,設(shè)計(jì)了基于分布式壓縮冗余控制的多路徑網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)制DCRC-NC,實(shí)現(xiàn)對(duì)每一跳的冗余水平乃至局部節(jié)點(diǎn)的冗余水平進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。編碼因子被引入以追蹤上一跳產(chǎn)生的編碼包被混入下一跳新產(chǎn)生的編碼包的情況,幫助節(jié)點(diǎn)壓縮不必要的冗余。針對(duì)同一跳內(nèi)節(jié)點(diǎn)間鏈路的可靠性,分別給出了理想情況的集中式算法和考慮實(shí)際丟包的分布式算法。其中,分布式算法依據(jù)實(shí)時(shí)的局部網(wǎng)絡(luò)傳輸狀態(tài)調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)的編碼行為,其性能隨著同跳內(nèi)鏈路丟包的減小而逐漸趨近于前者集中式算法。(4)針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多對(duì)一的傳輸需求,設(shè)計(jì)了機(jī)會(huì)式匯聚網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)議ConvergeCode。不同于鏈路層的ACK反饋,正常數(shù)據(jù)包亦可作為隱式反饋,告知下游節(jié)點(diǎn)有哪些數(shù)據(jù)包已被解碼,還有哪些需要后續(xù)補(bǔ)救,并幫助節(jié)點(diǎn)管理緩存空間。受益于樹結(jié)構(gòu),局部顯式反饋避免了從Sink發(fā)出的全局泛洪式反饋的高昂資源開銷。逐跳的隱式反饋和局部的顯式反饋幫助節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)、高效地調(diào)整其編碼冗余,適應(yīng)無(wú)線環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化。同時(shí),當(dāng)網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)流變得稀疏時(shí),ConvergeCode可退化為端到端的機(jī)會(huì)路由模式,盡可能保證傳輸可靠性。(5)研究了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐獠堪踩詥?wèn)題。深入研究了動(dòng)態(tài)丟包環(huán)境下的自修復(fù)密鑰管理機(jī)制,來(lái)解決已有機(jī)制中頒布密鑰消息的廣播通信效率低下、缺乏廣播認(rèn)證、密鑰頒布次數(shù)受限、訪問(wèn)多項(xiàng)式的災(zāi)難性漏洞以及易受合謀攻擊等問(wèn)題。在提出的安全模型中,合謀攻擊抵抗能力是從舊節(jié)點(diǎn)撤銷到新節(jié)點(diǎn)加入的密鑰頒布間隔而不是傳統(tǒng)的合謀節(jié)點(diǎn)數(shù)目來(lái)定義。還引入了災(zāi)難性攻擊PF-Attack,用來(lái)攻破訪問(wèn)多項(xiàng)式的安全性。最后,提出了兩種基于滑動(dòng)修復(fù)窗口和改進(jìn)的訪問(wèn)多項(xiàng)式的自修復(fù)密鑰管理機(jī)制,允許實(shí)時(shí)地更新組管理節(jié)點(diǎn)和組成員之間的共享對(duì)密鑰,實(shí)現(xiàn)丟包環(huán)境下安全密鑰的頒布與維護(hù)。(6)研究了自修復(fù)密鑰管理機(jī)制中影響密鑰修復(fù)性能和通信開銷的滑動(dòng)修復(fù)窗口大的自適應(yīng)選擇。定義了自修復(fù)密鑰管理機(jī)制的安全性指標(biāo),如節(jié)點(diǎn)密鑰同步、安全關(guān)聯(lián)以及安全服務(wù)性能。分析并建立了廣播鏈路的丟包率和滑動(dòng)窗口對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全性能的數(shù)學(xué)模型。接著設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)的滑動(dòng)窗口選擇機(jī)制,采用查表方式來(lái)優(yōu)化計(jì)算和存儲(chǔ)開銷。
【圖文】：

．．ＷＳＮ的典型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是由傳感節(jié)點(diǎn)巧ｅｎｓｏｒ邋ｎｏｄｅ）、匯聚節(jié)點(diǎn)（Ｓｉｎｋ）、輸送網(wǎng)（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇｎｅｔｗｏｒｋ）、客戶終端（Ｃｌｉｅｎｔ）四部分組成，如圖１．２．１所示。大規(guī)模傳感節(jié)Ｗ隨機(jī)拋撤或人工放置等方式被部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)部或者周圍，自組織地形成智能信收集與傳輸?shù)臒o(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)或周期性地捕獲被監(jiān)測(cè)對(duì)象的屬性信息。輸送網(wǎng)絡(luò)＾＾ｉ多種傳輸方式，比如匯聚樹協(xié)議［１３－１５］、移動(dòng)Ｓｉｎｋ［ｉ６－ｉｓ］Ｗ及分簇?cái)?shù)據(jù)收集［１９－２１］，，將這些

點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。相比于單路徑路由，多路徑路由增加了無(wú)線冗余鏈路，在提、吞吐量、均衡負(fù)載、容錯(cuò)恢復(fù)Ｗ及信息安全等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的多條路徑之間的相交關(guān)系，多路徑路由可Ｗ分為不相交多路多路徑路由ｔｗｉ，如圖１．３．１所示。前者中每條路徑都是相互獨(dú)立的，而后點(diǎn)或者公共鏈路。逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP212.9;TN929.5

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 劉煒博;數(shù)據(jù)缺失情況下基于深度學(xué)習(xí)的故障診斷[D];河南大學(xué);2018年

2 鄒貽鵬;古樹信息采集設(shè)備的研究與實(shí)現(xiàn)[D];西安電子科技大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2530773