无线传感器网络隐式防盗技术的研究与实现

摘要

无线传感器网络由于体积小、功耗低而备受各界研究者的关注，防盗是其中一个较新颖的应用。传统防盗技术均存在无法避免的局限性，如死角、易被发现或抗干扰差等。针对这些存在的问题，本文首次提出了隐式防盗技术，其原理是利用电磁波被人体吸收后产生信号强度衰减的特性（阴影效应）进行行为检测。本文建立了隐式防盗系统的整体框架，并在框架内对一些关键技术进行了研究，主要研究成果及贡献如下：
　　 1．通过单链路验证性实验得知，人体吸收电磁波程度较高，链路RSSI值降低较明显。确定了防盗系统的任务，即在监测区域内检测人体活动。监测链路被抽象为无向图的边，使得监测任务模型化。将链路监测任务均匀化问题抽象定义为均衡的顶点分边问题，并设计了两种基于贪心思想的算法对问题进行解决。
　　 2．通过验证性实验，得出在无人静态环境中，各链路的RSSI值平稳于各不相同的范围之内。为了求得各链路RSSI的稳定范围及阈值，定义了K-众数集问题并设计算法对问题进行求解。隐式防盗系统判断收集到的RSSI样本值：处于稳定状态之外的样本，系统视之为异常。本文设计的折中异常处理算法，得到了较好的实验结果。系统使用双信道同时工作可以达到密集扫描的效果。将同一时槽扫描区域最大化问题抽象为2-无关点序列问题，并设计算法对该问题进行求解。
　　 3．讨论了多监测区域的建立、通信的问题，研究并解决了相邻子网通信冲突、数据查询与报警路由的问题。系统可以识别用户的超级节点，对用户的入侵行为不采取报警。在框架内使用真实节点对隐式防盗系统进行了实现，并测试了系统的性能。实验数据表明双层扫描在响应时间方面优于单层扫描。系统未发现漏报，且误报率较低。

目录

第1章 绪论

1.1 无线传感器网络概述

1.1.1 无线传感器网络简介

1.1.2 无线传感器网络的特点

1.2 无线传感器网络防盗技术简介

1.2.1 传统防盗技术

1.2.2 无线传感器网络领域相关的防盗技术

1.3 本文研究的内容及章节安排

1.3.1 本文主要的研究内容

1.3.2 章节安排

第2章 隐式防盗系统框架设计

2.1 理论支撑及验证实验

2.1.1 阴影效应与多径效应

2.1.2 验证性实验

2.2 模型设计

2.2.1 初级模型

2.2.2 图模型

2.3 同步机制

2.4 整体框架设计

2.5 本章小结

第3章 隐式防盗系统关键技术的研究

3.1 代理的分配

3.1.1 顶点覆盖方法

3.1.2 顶点分边问题

3.1.3 贪心分配算法

3.1.4 扑克发牌算法

3.1.5 算法结果评估

3.2 稳态确定与异常处理

3.2.1 K-众数集问题

3.2.2 异常处理

3.3 双层扫描

3.3.1 问题形成

3.3.2 SG算法

3.3.3 证明与实例

3.4 本章小结

第4章 隐式防盗系统的实现

4.1 多路监控与查询

4.2 安全机制

4.3 界面设计及数据接口

4.4 实验与性能测试

4.4.1 开发/实验环境简介

4.4.2 系统性能

4.5 本章小结

结论

参考文献

附录1 TelosB节点示意图

附录2 系统启动运行过程

附录3 B-EPVP实验拓扑图

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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