帶執(zhí)行器節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡是由低成本、低功耗、具有無線通信與計算能力的微小傳感器節(jié)點通過自組織方式形成的分布式網(wǎng)絡。它綜合了傳感器、嵌入式計算、網(wǎng)絡及無線通信、分布式信息處理、微電子制造和軟件編程等理論和技術,能夠通過各類微型傳感器實時采集所在物理環(huán)境中的溫度、噪聲、壓力、煙霧等數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)以自組多跳的無線網(wǎng)絡方式傳送到用戶終端。無線傳感器網(wǎng)絡在軍事、環(huán)境監(jiān)測和預報、健康護理、智能家居、建筑物監(jiān)控、城市交通等各方面都有廣泛的應用前景,已成為當前國

2、內(nèi)外重要的研究領域之一。
　　帶執(zhí)行器節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡衍生于無線傳感器網(wǎng)絡,是指數(shù)量眾多的傳感器和執(zhí)行器通過無線方式形成的具有分布式監(jiān)測和執(zhí)行功能的網(wǎng)絡。在此網(wǎng)絡中,傳感器收集物理環(huán)境中的信息,執(zhí)行器之間相互協(xié)同并決策,針對物理環(huán)境信息自動做出合適的動作反應。本文深入研究帶執(zhí)行器節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡,重點研究協(xié)同框架、密鑰管理、保密通信、應用設計等問題。
　　論文回顧了無線傳感器網(wǎng)絡和帶執(zhí)行器節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡的有關概

3、念,對國內(nèi)外有關無線傳感器網(wǎng)絡的研究現(xiàn)狀和應用進展進行了詳細的總結和概括。分析研究帶執(zhí)行器節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡和普通無線傳感器網(wǎng)絡之間的區(qū)別。詳細闡述了帶執(zhí)行器節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡的體系結構、網(wǎng)絡協(xié)議、協(xié)同策略、網(wǎng)絡節(jié)能、網(wǎng)絡安全等關鍵問題。
　　在無線傳感器網(wǎng)絡中,匯聚節(jié)點通常作為中心執(zhí)行數(shù)據(jù)收集和協(xié)商功能。但是在帶執(zhí)行器節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡中,一種新的網(wǎng)絡現(xiàn)象就是傳感器-執(zhí)行器協(xié)同通信和執(zhí)行器-執(zhí)行器協(xié)同通信。傳感器-執(zhí)行器協(xié)

4、同提供了事件信息從傳感器向執(zhí)行器傳送。當執(zhí)行器接收到事件信息后,就會與其它的執(zhí)行器進行協(xié)商,以便針對事件做出合適的動作。在分析無線傳感器網(wǎng)絡和帶執(zhí)行器節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)同研究的基礎上,提出了兩種傳感器-執(zhí)行器協(xié)同算法,分別是基于Voronoi圖的傳感器-執(zhí)行器協(xié)同算法VGSACA和基于事件驅(qū)動分簇的傳感器-執(zhí)行器協(xié)同算法EDSACA。
　　無線傳感器網(wǎng)絡固有的特性使得密鑰管理研究面臨許多新挑戰(zhàn)。論文介紹了密鑰管理的方案的分類方

5、法,著重綜述和比較了典型的密鑰管理方案。針對帶執(zhí)行器節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡,提出了一種新的密鑰預分配方案RTKPS。充分利用執(zhí)行器節(jié)點具有能量充足、存儲器資源豐富、較強計算和通信能力等特點,在匯聚節(jié)點、執(zhí)行器節(jié)點和傳感器節(jié)點之間構建一棵密鑰管理樹,實現(xiàn)集中式和分布式密鑰管理的安全通信機制。應用該密鑰預分配策略,可以顯著提高傳感器網(wǎng)絡的安全性和連通性。
　　由于無線傳輸?shù)膹V播性質(zhì),通過無線接口傳送的信息更容易受到竊聽的威脅。針對帶執(zhí)行

6、器節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩珕栴},提出了一種基于混沌同步的保密通信系統(tǒng)。通過設計非線性狀態(tài)觀測器,構造兩個混沌系統(tǒng),并使其保持同步,從而實現(xiàn)加密信號的完全再現(xiàn)。同時分析了同步系統(tǒng)的穩(wěn)定性,給出了設計非線性狀態(tài)觀測器的方法。應用熟知的Rossler混沌系統(tǒng)構建保密通信系統(tǒng),并進行分析和仿真。仿真結果表明,該系統(tǒng)具有設計簡單、同步速度快、保密程度高等特點。
　　論文設計了基于傳感器網(wǎng)絡的大壩安全監(jiān)控系統(tǒng),包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)