无线传感器网络路由算法及安全性的研究

摘要

无线通信、传感器以及嵌入式等相关技术的快速发展，极大地促进了无线传感器网络的发展。目前，无线传感器网络已经得到广泛的应用，其运用轨迹遍及军事、自然环境监测、农业监控、智慧医疗、智能交通、智慧家居、安全生产监控等各个领域。无线传感器网络正在逐步地改变人们的生产和生活方式，为人类社会的发展与进步做出了重要的贡献。
　　无线传感器网络路由协议作为无线传感器网络协议栈的重要组成部分，主要负责将网络中的节点感知的数据沿着最佳的路径传输到目的节点，它是网络进行数据传输与收集的基础。但是，在无线传感器网络中，节点资源，包括能量、存储和计算能力等，是有限的。因此，设计高效性能的路由协议是非常有必要的。
　　本文对无线传感器网络路由协议和算法进行了深入的研究。针对λ-flooding算法仅适用于一个移动汇聚节点的情况，在λ-flooding算法的基础上，对λ-flooding算法进行改进，设计了一种可用于具有多个移动汇聚节点的无线传感器网络路由算法 ERouA。将整个网络分成多个数据收集域，每个数据收集域对应一个汇聚节点。在每个数据收集域中，当移动汇聚节点移动与当前的虚拟汇聚节点之间不能通信时，选择一个新的虚拟汇聚节点。如果新的虚拟汇聚节点属于这个数据收集域，那就进行局部的路由更新，减少控制包的数量，降低网络的能耗；否则，这个移动汇聚节点就重构它的数据收集域。在ERouA算法中，采用了由虚拟汇聚节点和辅助虚拟汇聚节点组成的虚拟汇聚节点链机制，降低了路由更新的频率，进一步减少网络的能耗。仿真表明，与 AVRP协议和 VGDD协议相比，所设计的ERouA算法具有更好的效果。另外，本文通过分析无线传感器网络中的路由安全问题，设计了一种基于信任的可靠的无线传感器网络安全路由算法RTSR。在RTSR算法中，考虑了节点的信任值与ETX值两个指标。通过将这个两个指标进行加权组合，形成一个组合路由指标。在进行路由选择时，使用组合路由指标，不但可以避开恶意节点，同时也可以选择一条链路质量较高的路径。仿真结果表明，与CTP协议和TSR协议相比，RTSR算法能够取得很好的效果。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 无线传感器网络的发展历程与研究进展

1.3 本文主要研究工作及组织结构

第二章 无线传感器网络

2.1 无线传感器网络概述

2.2 无线传感器网络的路由协议

2.3 无线传感器网络经典路由协议的介绍

2.4 本章小结

第三章 基于虚拟汇聚节点的移动传感器网络路由算法

3.1 引言

3.2λ-flooding算法与相关假设

3.3 ERouA算法的设计目标与概述

3.4 ERouA算法的设计

3.5 仿真与评价

3.6 本章小结

第四章 基于信任的无线传感器网络安全路由算法

4.1 引言

4.2 网络模型与问题陈述

4.3 RTSR算法的设计

4.4 仿真与评价

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的学术成果