面向无线传感器网络的认证密钥协商机制

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)是物联网的重要组成部分,因为WSN能通过因特网将采集到的数据发送到云服务器.认证和密钥协商机制是一个重要的密码学概念,可以确保数据传输的安全和完整性.传感器节点是资源受限的设备,因此目前多数认证和密钥协商机制在计算效率上并不适用于WSN.针对该问题,本文提出了一种新的认证和密钥协商机制,该方案是一种基于椭圆曲线的轻量级认证和密钥协商方案.在eCK安全模型下,将方案的安全性规约到CDH数学困难假设之上,形式化的证明了方案的安全性.最后通过方案对比,表明文章所提出的方案实现了计算效率和安全属性之间的平衡.

面向WIA-PA工业无线传感器网络的确定性调度算法

WIA-PA(Wireless Networks for Industrial Automation-Process Automation)是我国自主制定的工业无线传感器网络标准,确定性调度技术是其中一项关键技术.但目前已有的确定性调度算法主要集中在通用传感器网络或Wireless HART,ISA100.11a等遵循国外标准的工业无线传感器网络中,未能针对WIA-PA网络进行优化设计.鉴于此,本文提出了一种适用于WIA-PA网络的基于回溯法的最优确定性调度算法,能够获取调度解的最大成功率;并以此为基础,进一步提出了一种基于最小时间裕度优先的时分多址调度算法(Least Slack First on Time Division Multiple Access,LSF-TDMA).仿真实验结果表明,所提出的LSF-TDMA算法能够满足WIA-PA网络端到端数据传输的确定性需求,在调度解获取成功率接近于最优的同时,有效降低了算法复杂度.

一种基于确定性理论的无线传感器网络信任机制nTRUST

信任机制作为一种安全保护机制,目前在无线传感器网络安全中有着显著效果并得到广泛应用。基于不确定性推理中的确定性理论,提出了一种新的无线传感器网络信任模型――nTRUST,该模型采用综合信任值作为评价节点信任依据,相关实验证实了nTRUST的有效性和可行性。同时,在nTRUST信任机制作用下,进一步考虑节点剩余能量,通过实验取得较好效果,改进后的模型可以达到均衡网络内节点能量消耗和延长整个网络生存周期目的。

无线传感器网络节点的休眠自动调度智能优化方法

针对当前无线传感器网络节点休眠调度时存在死亡节点数量较多,造成网络能量损耗过大,同时各节点数据传输速度慢的问题,开展无线传感器网络节点的休眠自动调度智能优化方法研究。结合冗余覆盖节点的判定,构建无线传感器网络休眠调度机制;基于分簇拓扑,构建网络模型与能量模型;设计并运算休眠自动调度算法,实现智能优化。通过对优化前后节点休眠调度的对比,得出优化后死亡节点数量明显减少,网络能量损耗降低,且节点的传输速度提升。

智能变电站无线传感器网络发射功率鲁棒模型预测控制

智能变电站无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)在网络通信干扰的环境中采集与处理数据时,为获得较高的网络通信质量,节点会提高发射功率,获得较高的信噪比,但同时会浪费过多的节点能量。针对以上问题,提出一种基于扩张状态观测器(Extended State Observer,ESO)的模型预测控制策略,利用ESO对通信干扰进行实时在线估计,并设计具有能量损耗约束以及可靠性约束的模型预测控制器,优化求解出节点发射功率。仿真结果表明,提出的控制方法能更好的提高网络链路质量,减少网络干扰、能量消耗,提高网络的信噪比。

传感器网络节点位置不确定性研究

讨论了传感器网络节点定位中的位置不确定性问题,引入节点的可行地理区域反映出节点的所有可能位置范围.使用简单的多边形近似不规则的实际可行地理区域,并给出了一种分布式计算方法.仿真结果表明,使用6个顶点的多边形近似可行地理区域,其精度比使用4个顶点提高了约30%.此外,开销较小的分布式算法能最终收敛到集中式算法的计算结果.

基于确定性退火的移动传感器网络聚合算法

针对动态、异构的无线移动传感器网络拓扑控制问题,提出聚集的自组织无线传感器网络拓扑模型,并介绍分布式结点聚合算法。该算法采用确定性退火技术,同时考虑影响传感器性能的诸多因素。仿真实验结果表明,利用该算法形成的结点聚集规模适度,时间开销增长平缓,且具有良好的适应性和扩展性。

基于蛙跳算法的无线传感器网络节点定位数学模型研究

网络节点定位方法以锚节点的几何布局分析为主,节点定位精准度较低。因此,构建了基于蛙跳算法的无线传感器网络节点定位数学模型。选择网络节点定位单元共线函数,缩小未知节点存在区域。基于蛙跳算法确定传感器网络节点定位,在未知节点存在区域进行最优定位,跳出几何布局的随机定位环境,并且通过初始化无线传感器网络节点种群参数适应度,使每一个青蛙个体均对应一个网络节点编码,避免节点定位过程中出现的变异操作,优化节点定位数学模型,从而实现网络节点的精准定位。采用仿真实验的方式,验证了定位模型的定位精准度更高,能够应用于实际生活中。

无线传感器网络变异病毒传播动力学分析

针对无线传感器网络病毒变异,异常节点检测技术不能实施对异常节点检测和定位的问题,提出一类SEIQRV-Type模型。通过对模型进行理论分析,得到网络病毒的传播阙值R 0,验证了平衡点的稳定性,研究节点感染率、E-I状态节点转移率、感染节点隔离率、节点免疫率、病毒查杀率、通信半径和节点上(下)线率等参数对无线传感器网络中病毒传播的影响。仿真结果验证了理论分析的正确性,通过动态调节参数可以有效控制病毒在无线传感器网络中的传播。

基于概率感知模型的有向传感器确定性部署研究

节点部署是无线传感器网络技术应用过程中的关键问题。为了更加精确地描述网络对物理世界的感知范围和质量,本文采用由自身物理特性等诸多因素决定的概率感知节点对监测区域进行无缝覆盖。针对无线有向传感器网络中节点的概率感知特性,通过数值仿真,从冗余覆盖面积及感知概率两方面,分析比较采用不同确定性部署方式对同一监测的无缝覆盖。实验结果对区域覆盖的确定性节点部署方式的选择具有重要的指导性意义。

无线可充电传感器网络下的高维多目标动态充电规划

随着无线充电传感器网络(Wireless Rechargeable Sensor Networks,WRSNs)的出现,针对延长无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)的寿命问题,大量的研究者们提出了多种充电方案.然而大多数充电方案都属于离线的,没有考虑充电路径规划会随着新需充电节点的加入而发生动态变化的多时间窗问题.因此,针对上述问题,本文提出了高维多目标动态充电路径方案模型.通过最小化路径距离、死亡节点数量、通信延迟以及最大化无线充电车(Wireless Charging Vehicle,WCV)剩余能量,以减少死节点数量,延长WRSNs的生命周期.同时为求解该动态模型以及适应路径编码方式和响应环境变化,通过引入改进的进化策略和环境响应机制到强帕累托进化算法2(The Strength Pareto Evolutionary Algorithm 2,SPEA2)中,提出了改进的SPEA2.仿真实验结果表明,该动态模型和改进算法能够有效地延长WRSNs的生命周期.

一种新的无线传感器网络传感器放置模型

传感器放置是传感器网络研究的核心问题之一.本文在DhillonS.S.的模型化传感器节点、障碍物和优先覆盖方法基础上,提出了一种新的高效覆盖传感器放置模型及整体局部覆盖算法.该模型着重考虑传感器探测范围的局限性,给出传感器探测角度和探测距离模型,修改了现有算法的初始化过程.理论分析和仿真试验充分验证了该模型的可行性和优良的覆盖性能.

基于云模型的无线传感器网络恶意节点识别技术的研究

无线传感器网络(Wireless Sensor Network,简称WSN)是一种没有基础设施的自组织无线网络.和其它网络一样,WSN需要安全措施来保证网络通信的安全.但是,在无线传感器网络中,基于密码的安全体系不能有效处理来自网络内部的攻击,识别出恶意节点.因此,信任模型被用于无线传感器网络恶意节点识别.在信任模型和云理论的研究基础上,本文构建了一个基于云理论的无线传感器网络信任模型——云信任模型(CTM,Cloud-based Trust Model).实验结果表明,云信任模型能够有效识别恶意节点.

无线传感器网络MAC层传输性能模型研究

无线传感器网络数学建模是网络传输性能定量分析的有效方法之一。该文在分析IEEE802.15.4标准MAC层无信标模式信道竞争机制的基础上,通过节点缓冲队列状态分析、网络节点状态分析和无线信道状态分析,建立了MAC层网络吞吐率、有效吞吐率、节点通信平均延时和信道冲撞概率的数据传输性能数学模型。采用MATLAB软件和QualNet网络仿真软件对所提出MAC层传输性能分析模型和相应性能参数进行仿真测试。仿真结果表明,所提出的数学模型能较为准确的模拟无线传感器网络MAC层通信性能。

基于概率覆盖模型的无线传感器网络密度控制算法

密度控制是一种常用的提高大规模无线传感器网络生命周期的方法,目前的密度控制算法大多基于0～1覆盖模型,而在实际的应用环境中概率覆盖模型能够更准确地定义网络覆盖能力. 所提出的一种基于概率覆盖模型的密度控制算法,能够在保证足够的网络覆盖能力的前提下,关闭掉冗余节点,减少网络的总能量消耗.

基于网格扫描的实现目标点覆盖的确定性传感器节点部署方法

提出了一种确定性目标点覆盖算法,把目标点所在区域划分为若干正方形网格,从中选择最适合的网格作为下一个节点的放置位置;同时本文引入了概率感知模型,把节点能感知到目标点的最小感知概率值作为整体覆盖水平的评价指标,把节点能感知到目标点的个数及对它们的最小感知概率值作为网格的评价标准。该方法能使用最少的节点实现目标点覆盖并达到要求的总体覆盖水平,且能计算出较优的节点部署位置;对网格边长和感知概率下限的不同取值分别进行仿真实验。实验结果表明,网格边长越小,节点部署位置越精确;感知概率下限取值越大,总体覆盖性能越好,需要的节点越多。

生猪养殖场无线传感器网络路径损耗模型的建立与验证（英文）

研究无线信号在生猪养殖环境中的传播特性,可以对无线传感器网络的路径损耗进行预测,从而为网络的部署奠定基础。研究采用ZigBee无线传感网络技术,通过在生猪养殖场中实际测试了有障碍物情况下,无线信号的丢包率和接收信号的功率强度,进而得出路径损耗值,以及障碍物的衰减因子,并进行了回归分析。研究表明,墙体衰减因子随墙壁数量增加而增大,植株衰减因子随天线架设高度升高而减小。最终模型的路径损耗参数为2.02,路径损耗的基础损耗为63.602,以混凝土墙为障碍物时,其衰减因子大小为2.64。将障碍物的衰减因子综合添加在经验模型中,可以有效的预测路径损耗值。

无线传感器网络能量模型

随机抛洒的无线传感器节点形成何种逻辑拓扑结构将直接影响高层通信协议和网络运行能耗,而合理使用有限能量资源是无线传感器网络研究的核心问题.基于传感器节点工作能耗分布特点和数据传输能耗模型,建立传感器节点能量模型和网络传输模式模型,对单跳传输和多跳传输两种方式下的网络总能耗和单节点能耗进行理论计算,并分析不同网络拓扑结构对网络能耗和网络运行的影响.通过理论计算推导出不同网络拓扑结构和传输模式下无线传感器网络总能量消耗公式和网络能耗分布规律,为设计能量有效的无线传感器网络拓扑结构提供指导,为实现无线传感器服务质量体系下的高层通信协议提供理论基础.

基于服务质量的无线传感器网络MAC协议模型研究

无线传感器网络高性能通信要求MAC协议具有服务质量(QoS)保障功能,以满足数据传输实时性和可靠性需求。针对通过增加额外通信开销实现MAC协议QoS功能所导致传输性能降低的问题,提出一种基于分类优先不公平信道竞争访问的UC-MAC协议,通过节点状态、信道状态和网络状态分析,建立MAC协议多优先数据传输性能分析数学建模,并仿真验证了UC-MAC协议的QoS保障功能和数学模型的准确性。与其他MAC协议对比仿真测试结果表明,UC-MAC协议不改变IEEE802.15.4标准信道访问方式,不增加任何额外通信开销,在网络的吞吐性能和QoS功能两个方面同时得到提升。

无线传感器网络能耗均衡路由模型及算法

在综合考虑传感器网络中节点链路接入、数据包传输能耗及节点剩余能量的基础上,提出了一种自适应能耗均衡路由策略,并给出了相应的数学最优化模型及求解算法.优化的目标是均衡网络能耗,进而最大化网络寿命.首先采用跨层分析的方法设计了符合传感器节点计算能力的分布式动态路由树生成算法及各节点的路由选择策略函数;然后通过构造一个双层规划模型使传感器网络的整体能耗趋向均衡,尽可能地延长网络寿命.一个数值例子说明,提出的路由选择策略、双层规划模型及求解算法是可行且有效的.