發(fā)布時間：2020-04-13 00:10

【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為物聯(lián)網(wǎng)提供了對物理世界的感知接口,為物聯(lián)網(wǎng)的高效運行提供了數(shù)據(jù)支撐。本論文考慮一類部署在潮間帶的無線傳感器網(wǎng)絡(luò),由于其特殊的部署環(huán)境,系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)連接動態(tài)性強、數(shù)據(jù)傳輸延遲大、節(jié)點能耗高等問題。對此,本論文研究了基于終端的低功耗配置問題,并通過設(shè)計低功耗、低延遲的路由算法提高收數(shù)效率�！�為了最大化延長系統(tǒng)的壽命,傳感器節(jié)點通常使用低占空比的工作模式,即節(jié)點僅周期性的工作很短一段時間,而大部分時間處于休眠狀態(tài)。目前,大部分的能耗優(yōu)化工作都主要關(guān)注如何降低節(jié)點工作期間的能耗,并認(rèn)為休眠狀態(tài)的功耗可以忽略不計。本文通過對低占空比系統(tǒng)能耗的分析發(fā)現(xiàn),針對休眠狀態(tài)功耗的優(yōu)化對整體系統(tǒng)能耗優(yōu)化有著至關(guān)重要的作用,同時休眠狀態(tài)時不合理的GPIO(General Purpose Input Output)引腳配置會帶來巨大的能耗�；�于此,本文提出了 OPCIO,利用遺傳算法,自動化實現(xiàn)終端節(jié)點休眠狀態(tài)GPIO引腳的優(yōu)化配置。通過對實際傳感器節(jié)點的能耗優(yōu)化結(jié)果表明,OPCIO從硬件角度提供了節(jié)點能耗優(yōu)化的方案。·路由協(xié)議通常需要依賴準(zhǔn)確實時的鏈路質(zhì)量估計,以確保數(shù)據(jù)在動態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的可靠傳輸。通過對實際潮間帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的觀察,發(fā)現(xiàn)頻繁的鏈路質(zhì)量估計帶來了能量與帶寬的浪費。本文就這一問題,分析調(diào)研了潮間帶系統(tǒng)中的鏈路質(zhì)量變化情況,研究了通過稀疏采樣實現(xiàn)鏈路質(zhì)量的準(zhǔn)確估計的可行性。據(jù)此,本文提出一個基于壓縮感知技術(shù)的鏈路質(zhì)量估計協(xié)議,并結(jié)合路由選擇,提出低功耗路由協(xié)議——LESS。LESS同時利用了網(wǎng)絡(luò)部署環(huán)境在時間域和空間域的特點,設(shè)計了 3種采樣策略以適應(yīng)不同類型的動態(tài)網(wǎng)絡(luò),同時提高鏈路質(zhì)量重構(gòu)精度。通過對實際系統(tǒng)數(shù)據(jù)和大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)仿真的驗證,LESS能在保證鏈路質(zhì)量估計的精度上,有效降低50%的能量和帶寬消耗�！せ�于潮間帶環(huán)境的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由于其特殊的部署環(huán)境,導(dǎo)致系統(tǒng)延遲要遠(yuǎn)高于普通物聯(lián)網(wǎng)。通過對網(wǎng)絡(luò)延遲的分析和建模,發(fā)現(xiàn)結(jié)合節(jié)點狀態(tài)估計的路由算法能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)延遲的優(yōu)化�；�于此,本文首先提出了一個基于隱馬爾科夫模型的輕量級節(jié)點當(dāng)前狀態(tài)估計算法;并進(jìn)一步提出了基于機器學(xué)習(xí)的節(jié)點未來狀態(tài)估計方法。結(jié)合以上兩種估計方法,本文分別提出了低延遲路由算法SADO和PIDO。大規(guī)模仿真系統(tǒng)證明,SADO和PIDO分別能為不同低延遲需求的潮間帶網(wǎng)絡(luò)提供可靠的低延遲選路策略。另外,考慮到短距離物聯(lián)網(wǎng)智能終端設(shè)備交互場景(Device to Device,D2D)的普及,本文還探索了智能終端設(shè)備的安全認(rèn)證問題�！ぴ贒2D通信問題中,如何在雙方設(shè)備沒有協(xié)商秘鑰的前提下,實現(xiàn)可靠設(shè)備認(rèn)證是一個亟待解決的安全問題。本論文就這一問題,提出了終端設(shè)備安全認(rèn)證機制——NAuth,以保證通信過程中設(shè)備的合法性和一致性。NAuth利用“揚聲器-麥克風(fēng)”系統(tǒng)非線性特性提取設(shè)備特征,設(shè)計了設(shè)備認(rèn)證機制;同時利用多麥克風(fēng)系統(tǒng)的TDOA(Time Difference of Arrival)設(shè)計了基于位置的驗證模型。通過實際系統(tǒng)測試,NAuth能夠提供快速的設(shè)備安全認(rèn)證服務(wù),并能防止近距離攻擊者的重放攻擊和中間人攻擊。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP212.9;TN929.5

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本文編號：2625347