無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋲嚎s技術(shù)研究.pdf

1、拓?fù)鋲嚎s是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)研究中的重要問(wèn)題。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是信息的采集、處理和傳輸?shù)汝P(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)功能和協(xié)議的基本前提和重要保障。拓?fù)鋲嚎s技術(shù)致力于從全局或局部的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲刑崛〕鼍哂心撤N特性的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步利用其開(kāi)發(fā)高效的算法和協(xié)議?，F(xiàn)有的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究大部分依賴(lài)于較強(qiáng)的假設(shè)條件，如精確的節(jié)點(diǎn)位置信息、均勻密集部署的網(wǎng)絡(luò)等，在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中這些假設(shè)條件很難滿(mǎn)足，因此限制了方法的實(shí)際可用性。不依賴(lài)位置信息的拓?fù)浼夹g(shù)放松了傳統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究方法對(duì)位置信息的嚴(yán)

2、格依賴(lài)。如何提高方法在節(jié)點(diǎn)位置信息不可用或部分可用、不精確情況下的可用性，成為近年來(lái)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的熱點(diǎn)研究方向。但是在缺乏精確位置信息的情況下，通常的幾何化方法無(wú)法使用。因此，如何利用低質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)連通性信息，盡量抽取出能夠逼近網(wǎng)絡(luò)部署區(qū)域幾何特征的高效拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是非常具有挑戰(zhàn)性的研究課題。本文以放松系統(tǒng)的假設(shè)條件、提高方法的可用性和效能為出發(fā)點(diǎn)，以抽取低幾何失真率的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作為貫穿始終的優(yōu)化目標(biāo)，系統(tǒng)地研究了拓?fù)鋲嚎s技術(shù)中的一些重要問(wèn)題。本

3、研究主要內(nèi)容包括：
　?、叛芯苛瞬灰蕾?lài)位置信息的拓?fù)涔歉商崛?wèn)題。拓?fù)涔歉商崛∈峭負(fù)鋲嚎s的重要問(wèn)題。目前已有的不依賴(lài)位置信息的拓?fù)涔歉商崛∷惴ㄍ蕾?lài)于特殊的網(wǎng)絡(luò)假設(shè)，或無(wú)法提取出確定性的、嚴(yán)格符合實(shí)際網(wǎng)絡(luò)形狀的拓?fù)涔歉伞１疚尼槍?duì)現(xiàn)有方法的局限性，提出了一種僅利用局部連通性信息，具有廣泛魯棒性的拓?fù)涔歉商崛∷惴?。算法利用了僅依賴(lài)局部連通性信息的基于MDS的邊界識(shí)別算法，提出了骨干帶網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法以及高效的圖變換工具HPT，并設(shè)計(jì)了一

4、種靈活有效的骨干葉節(jié)點(diǎn)判定方法。算法能夠適用于各種不同形狀的網(wǎng)絡(luò)，提取出具有良好連通性和形狀的拓?fù)涔歉桑覍?duì)多種關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)具有良好的魯棒性。
　?、蒲芯苛瞬灰蕾?lài)位置信息的蟲(chóng)洞拓?fù)錂z測(cè)問(wèn)題。蟲(chóng)洞攻擊是無(wú)線(xiàn)自組織與傳感器網(wǎng)絡(luò)中一種嚴(yán)重的攻擊?，F(xiàn)有的大部分蟲(chóng)洞檢測(cè)方法依賴(lài)于特殊的硬件設(shè)備或理想的網(wǎng)絡(luò)假設(shè)，從而在很大程度上限制了這些方法的可用性。而現(xiàn)有的基于網(wǎng)絡(luò)連通性的檢測(cè)方法都是基于在離散域捕獲局部的蟲(chóng)洞癥狀，或者在連續(xù)域分析全局的

5、蟲(chóng)洞特征。針對(duì)現(xiàn)有方法的局限性，本文深入挖掘蟲(chóng)洞攻擊對(duì)全局的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)造成的本質(zhì)影響，發(fā)現(xiàn)一種蟲(chóng)洞攻擊的新癥狀，即蟲(chóng)洞攻擊對(duì)網(wǎng)絡(luò)平面化造成的影響，并提出了一種僅利用局部連通性信息的蟲(chóng)洞檢測(cè)方法，稱(chēng)為WormPlanar。WormPlanar首次實(shí)現(xiàn)了直接從離散域捕獲蟲(chóng)洞造成的全局拓?fù)浒Y狀。該方法能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)和定位不同網(wǎng)絡(luò)條件下的蟲(chóng)洞攻擊，包括之前基于連通性的檢測(cè)方法均無(wú)法處理的多蟲(chóng)洞攻擊。
　?、茄芯苛寺酚陕窂接涗泦?wèn)題。路由路徑記

6、錄是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中重要的功能，對(duì)于細(xì)粒度的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)診斷和管理具有重要的作用?，F(xiàn)有的路徑記錄方法均無(wú)法在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)數(shù)據(jù)包完整路徑信息的追蹤。本文首次正式地提出并系統(tǒng)地研究無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由路徑記錄問(wèn)題，提出了一種輕量級(jí)的、在實(shí)際的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中可用的路由路徑壓縮和恢復(fù)方法，稱(chēng)為PathZip。本文設(shè)計(jì)了基于哈希的路徑壓縮和恢復(fù)機(jī)制，將大部分的計(jì)算和存儲(chǔ)開(kāi)銷(xiāo)從傳感器節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移至基站。另外，PathZip利用了分別基于拓?fù)浜?/p>

7、基于幾何的技術(shù)，有效地降低了路徑恢復(fù)的開(kāi)銷(xiāo)。PathZip能夠?qū)崟r(shí)地記錄每個(gè)數(shù)據(jù)包的完整傳輸路徑，且計(jì)算復(fù)雜度和存儲(chǔ)開(kāi)銷(xiāo)均低于相關(guān)的數(shù)據(jù)壓縮算法。
　?、妊芯苛瞬痪_位置信息下的層次式貪婪地理路由問(wèn)題。貪婪地理路由由于其簡(jiǎn)單高效性在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛的研究和應(yīng)用，但其固有的局部最小問(wèn)題使得純粹的貪婪地理路由無(wú)法提供傳輸保證。為了克服局部最小問(wèn)題，研究者提出了大量的解決方案。這些方法具有各自的優(yōu)勢(shì)和適用范圍，在一定的假設(shè)條件

8、下有效地克服了局部最小問(wèn)題。本文結(jié)合已有的各類(lèi)方法的優(yōu)勢(shì)，提出了一種細(xì)粒度的層次式貪婪地理路由方法，稱(chēng)為FLYER。FLYER不依賴(lài)精確的位置信息或全局的狀態(tài)信息，在節(jié)點(diǎn)位置誤差率不超過(guò)一定上限值時(shí)具有傳輸保證。FLYER方法以完全分布式的方法運(yùn)行，計(jì)算和存儲(chǔ)開(kāi)銷(xiāo)均非常低；在貪婪路由成功率、路徑長(zhǎng)度、負(fù)載均衡性等各項(xiàng)性能指標(biāo)上，F(xiàn)LYER均優(yōu)于之前的設(shè)計(jì)。
　?、蓪?duì)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋲嚎s的若干關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究，提出了具有高