无线传感器网络基于网络编码的数据传输及安全路由

摘要

随着嵌入式技术与无线通信技术的发展，由此孕育而成的无线传感器网络也被广泛应用于工业控制、环境监测等领域，实现了人与人，人与物，物与物之间紧密的信息传递。
　　无线传感器网络虽然有着广阔的应用前景，但也存在很多亟待解决的问题。无线传感器网络一般部署在无人值守的恶劣环境中，严重的链路丢包造成数据传输可靠性差；节点采用电池供电，一旦能量耗尽不易及时补充；节点功能简单，难以运行复杂的安全验证算法，只能对数据进行简单处理，极易受到攻击等。这些问题都将严重制约无线传感器网络在现实生活中的推广应用。
　　本文针对以上问题，从以下三个方面对无线传感器网络进行了研究：
　　本文以Growth codes为基础，对其中度增长策略和解码策略进行修正，并加入基于梯度的简单路由，形成了M-Growth codes(Modified-Growth codes)方案。经过Contiki系统仿真验证，证明相对原有Growth codes来说，M-Growth codes方案对网络吞吐量和数据传输可靠性的改善更为显著。
　　另外，本文以平衡网络中各节点转发负载为手段，防止网络中某些节点由于负载过重提前耗尽能量退出网络，形成了能够延长网络生命周期的路由算法。同时考虑到数据包发送节点离sink越远，其数据越容易丢失的特点，设计了优先转发边缘数据的调度策略。将路由算法、调度策略与M-Growth codes结合，形成了改善网络吞吐量，提高数据传输可靠性的系统方案。经仿真验证，该方案可以在一定程度上改善网络吞吐量，延长网络生命周期，提高数据传输可靠性。
　　最后，针对使用网络编码后，无线传感器节点容易遭受攻击的特点，设计了基于背包体制的安全网络编码方案，在不影响网络编码增益的前提下，利用背包体制对数据包来源及传输路径做出验证，从而保障网络数据传输的安全性。经仿真验证，该方案可以检测到几乎所有的攻击包，可靠性高。

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缩略词表

第一章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1. 2相关工作

1.3 主要工作与贡献

1.4 论文组织

1.5 本章小结

第二章 基于IPv6的无线传感器网络体系及仿真平台介绍

2.1 引言

2.2 无线传感器网络中IPv6简介

2.3 IPv6邻居发现协议概述

2.4 IPv6仿真平台——contiki简介

2.5 本章小结

第三章 提高无线传感器网络传输可靠性的网络编码方案

3.1 Growth codes概述

3.2对Growth codes的改进——M-Growth codes

3.3 M-Growth codes在contiki平台上的仿真验证

3.4 本章小结

第四章 延长网络生命周期的路由算法及调度策略

4.1 路由算法概述

4.2 基于IPv6邻居发现的路由算法

4.3 基于节点间距离的调度策略

4.4 仿真结果

4.5 本章小结

第五章 基于背包体制的安全网络编码

5.1 采用网络编码后带来的安全问题

5.2 基于背包体制的安全网络编码方案

5.3 仿真结果

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

致谢

参考文献

附录

个人简历

研究生期间的研究成果