面向无线传感器网络的路由算法及安全协议研究

《面向无线传感器网络的路由算法及安全协议研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第一章绪论第一章绪论§1.1研究背景及意义传感器技术作为一种信息获取最基本和重要的手段，已经从过去的单一化渐渐向集体化、微型化和网络化方向发展。早在上世纪70年代，第一代传感器网络的雏形已经基本形成，它由传统的传感器采用点对点传输、连接控制而构成。之后，随着相关领域科技的不断进步和发展，出现了第二代传感器网络，它不仅能获取多种信息信号以及处理信号的能力，还通过与传感器控制器相联，从而组成了具有信息综合和处理能力的传感器网络。而在上世纪末，研究人员又将现场总线技术应用在传感器网络中，组建了一种智能化传感器网络，

2、其中运用了大量多功能的传感器，并用无线技术连接，形成了第三代的传感器网络，即无线传感器网络[1](WSN,WirelessSensorNetwork)。WSN具有非常广泛的应用前景[2]，目前，它主要应用在军事国防、医疗护理、工农业、城市管理、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程控制以及监测和保护等许多重要领域。由于WSN具有如此巨大的科研价值和实用价值，受到了国际上的高度重视，1999年美国商业周刊将WSN列为二十一世纪最具影响的技术之一；2003年MIT（美国麻省理工学院）技术评论在预测未来技术发展的报告中，

3、就将其列为改变世界的十大新技术之一；2003年美国商业周刊又在其未来技术“专测”中发表文章指出WSN是全球未来的四大技术产业之一，将掀起新的产业浪潮[3,4]。可以预计，无线传感器网络的广泛是一种必然趋势，它的出现将会给人类社会带来极大的变革。就目前的技术水平来看，WSN要广泛的运用依旧面临着许多问题。①WSN既不同于已有的大型网络系统，如Internet、移动通信网，也不同于MANET(MobileAdHocNetwork，MANET)之类的小规模自组织网络。从数据的角度来看，WSN是以数据的采集和传输为主

4、要目的，并且数据率较低，而传统的网络更侧重于“端到端”的通信。此外，WSN节点数量多，属于一种无中心控制的自组织网络，采用分布式和自组织的算法，节点根据适当的接入和路由算法进行数据传递；②传感器的能耗问题。传感器节点由电池提供能量，通过飞机抛洒，或者人工放置来部署在感知对象附近[5]，这些节点通过自组织的方式构成了无线网络，并以协作的方式感知、采集和处理覆盖区域的特定信息，实现在任意地点信息在任意时间的采集、处理和分析。但是在多数情况下，传感器节点往往被放置在环境及其恶劣的环境中，无法对其电池进行更换，并且传

5、感器节点还受到计算能力和带宽的限制，这决定了在设计的时候不得不考虑能量有效性的问题；③WSN的安全性问题。在军事对抗中，WSN是用于进攻和防御的工具，遇到的攻击者具备非常高的专业能力和丰富的经验，这就要求所设计出来的协议必须具备高度的安全性来保障其通信的安全。虽然许多学者提出了许多适用于WSN的安全协议，但是到底这些安全协议能否保证节点间安全的通信，而不被入侵者截获、冒充或获取其通信信息，是我们必须考虑的问题。因此，针对以上的问题,WSN与AdHoc网络、传统有线网络的很多不同之处。本–1–万方数据第一章绪论

6、文的研究重点在于：首先，设计一种降低传感器节点能耗的WSN路由算法，保证其网络的稳定性，从而延长整个网络的生存周期；其次，采用一种的新的建模和分析方法，根据WSN的自身和环境特点的因素，分析和验证了WSN安全协议的正确性。最后以一个协议为实例证明方法的有效性。§1.2国内外研究现状近年来，无线传感器网络的研究进展十分迅速，取得了较为丰富的研究成果。特别是进入21世纪后，对无线传感器网络的核心问题有了许多新颖的解决方案和思想。但是，这个领域的研究从总体上说尚处于一个起步阶段，已有的研究工作正在为该领域提出越来越

7、多需要解决的问题。国际上对于WSN的研究主要分为军事应用、理论研究和工业应用以及标准三个方面:①军事应用传感器网络最早来源于美国先进国防研究项目局(DARPA,DefenseAdvancedRe-searchProjectAgency)的一个研究项目[6,7]，它只能局限于军方的一些项目中，并没有得到广泛的推广和应用。后来，随着无线通信、微处理器和MEMS等技术的发展，传感器网络的应用越来越广。自从20世纪末90年代以来，美国国防部支持的关于无线自组织传感器网络的项目层出不迭。2003年美国自然科学基金委员会

8、制定了传感器网络的研究计划，支持其理论的研究，同时设立了一系列的军事传感器网络研究项目，如美国军方的C4KISR计划、SmartSensorWeb、灵巧传感器网络通信、无人值守地面传感器群、传感器组网系统、网状传感器系统CEC等。②理论研究从目前的形式来看，大多数还是处于理论研究阶段[8–10]，其中几个比较著名的研究是：UCLA大学的G.Asada.etal[11]等人提出的无线集成传感器网络(W