面向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由算法及安全協(xié)議研究.pdf

1、近些年,隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用,無線傳感器技術(shù)引起了國內(nèi)外眾多學(xué)者的關(guān)注。其中,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能性和安全性是研究人員在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)最為關(guān)心的問題,而解決這些問題的關(guān)鍵技術(shù)是路由技術(shù)和安全協(xié)議。
　　與傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)和Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)相比,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn):節(jié)點(diǎn)容量小、計(jì)算能力差、數(shù)目多、規(guī)模大、通信帶寬低且所處環(huán)境異常惡劣等,這些特點(diǎn)導(dǎo)致傳感器節(jié)點(diǎn)電池用盡后不能更換,并且容易存在安全缺陷,同時(shí)這也

2、為我們分析和設(shè)計(jì)合適的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法和安全協(xié)議帶了巨大的挑戰(zhàn)。針對這些特點(diǎn)及挑戰(zhàn),本文主要從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能性和安全性兩個(gè)角度對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由算法和安全協(xié)議進(jìn)行了研究,主要取得的研究成果如下:
　　(1)針對經(jīng)典分簇路由算法LEACH在簇首傳輸距離機(jī)制上的缺陷,提出了一種新的節(jié)能型分簇路由算法ESCAL。
　　LEACH是一種基于分簇策略的經(jīng)典路由算法,該算法將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量負(fù)載平均分配到每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)中,

3、從而達(dá)到降低網(wǎng)絡(luò)能源消耗,提高網(wǎng)絡(luò)整體生存時(shí)間的目的,但是,通過仔細(xì)分析,我們發(fā)現(xiàn)在簇穩(wěn)定階段,由于簇首傳輸數(shù)據(jù)距離較遠(yuǎn),一些距離遠(yuǎn)的簇首由于能耗大導(dǎo)致簇首節(jié)點(diǎn)死亡過快,從而大大縮短了網(wǎng)絡(luò)的生存周期。針對LEACH的這一缺陷,我們提出了一種新的節(jié)能型分簇路由算法ESCAL,該算法主要優(yōu)化了簇首傳輸距離選擇機(jī)制,縮短了簇首的傳輸距離。接著,采用理論分析的方法,證明了ESCAL算法可以通過縮短傳輸距離降低網(wǎng)絡(luò)的能耗。最后,采用模擬網(wǎng)絡(luò),分別

4、對LEACH和ESCAL兩種算法進(jìn)行模擬分析對比,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析相吻合,且ESCAL算法比LECH算法更加穩(wěn)定,耗能小。
　　(2)針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所處環(huán)境的復(fù)雜性及其節(jié)點(diǎn)在通信能力、計(jì)算能力和容量上的局限性,提出了一種適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全協(xié)議形式化建模分析方法,應(yīng)用該方法對典型的SPINS協(xié)議進(jìn)行了分析。
　　本文提出的方法結(jié)合了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境和傳感器節(jié)點(diǎn)自身特點(diǎn)。以A.Perrig等提出的SPINS安全