工业无线传感器网络中干扰攻击的入侵检测

针对工业无线传感器网络的干扰攻击问题,采用一种基于统计过程控制理论控制图的入侵检测方法.选择数据包投递失败率作为度量属性,计算出对应的控制图上下限,通过监视传感器节点的数据包投递失败率是否在控制图的上下限内,判断节点是否处于被干扰攻击状态;基于工业无线传感器网络标准WirelessHART中采用的时隙跳频技术,建立一种干扰攻击模型,验证入侵检测方法的有效性.仿真结果表明干扰攻击检测方法能有效的检测出节点是否处于被干扰攻击状态,并且漏检率较低,随环境恶化时漏检率变化幅度较小.     

无线传感执行器网络中多源容错拓扑控制算法研究

拓扑控制是延长无线传感器网络生命时间的关键技术.针对异构网络的复杂性,提出了基于功率控制的分布式多源容错拓扑控制算法MSFT.在由大量计算、能量受限的传感器节点和少量性能较优的执行器节点组成的异构无线传感执行器网络模型中,算法保证任意传感器节点与执行器节点之间至少存在k条不相交路径同时选择权值较优节点使路径总功耗尽可能少,这样当任意k-1个节点失效时并不影响网络的连通性.理论分析证明算法能以O(n)的时间和消息代价构造网络拓扑,仿真实验进一步证实算法的有效性.     

基于无线传感器网络的坡面异常信号检测方法研究

提出了一种适用于硬件资源受限的传感器节点的坡面异常信号检测方法,数据的采集和异常检测在节点前端完成,能提高监测实时性,降低数据传输的通信能耗.传感器节点采集坡面加速度数据,通过对训练数据进行经验模态分解得到本征模函数的上包络,并对该包络数据进行高斯建模自适应学习确定检测阈值.对监测数据经验模态分解得到上包络数据,运用3α原则与检测阈值进行比较实现异常信号判别.通过算法仿真和实际部署测试得到该方法检测精度为98%,具有一定的实用价值.     

基于ETLB-DEEC的精细农业无线传感器网络研究

无线传感器网络技术应用于精细农业信息获取与管理已成为一种趋势和必然,针对WSN在大规模农田种植监测领域中所面临的监测面积大、监测时间长、低功耗要求、地势复杂以及作物多样等问题,深入研究基于DEEC的等边三角形节点部署的负载均衡成簇协议ETLB-DEEC(Equilateral Triangle Load Balancing-DEEC),采用等边三角形网格节点部署方式与网络分区,提出"孤儿节点"和"收容节点"的概念.在此基础上,设计一种面向基站最短路径簇间多跳寻优机制,可找寻多条最短路径协议.仿真结果表明,改进的协议具备高效节省传感器节点数、实现全局网络负载均衡,提高网络能量利用率,延长WSN整体生命周期等功能和特点.     

基于压电自供电的采煤机状态无线监测装置

考虑到压电自供电装置中压电振子的几何参数直接影响其共振频率,从而影响压电自供电装置的发电量,因此需要根据环境激励频率设定最佳的压电振子的几何参数,本文对基于压电自供电的采煤机状态无线监测装置进行研究,通过理论分析、仿真以及实验方法对对不同悬臂梁结构在不同外界激励作用下的发电量进行研究。研究结果表明：悬臂梁自由端质量块质量以及悬臂梁长度越大,悬臂梁压电结构的固有频率越低;随着悬臂梁厚度的增加,悬臂梁压电结构的固有频率逐渐增大。以此为依据对采煤机不同监测位置的装置选取最佳匹配的压电结构几何参数,并通过采煤机工作状态监测实验验证了本文研究的压电自供电无线监测装置的可行性。     

基于异常数据驱动的WSN簇内数据融合方法

引入数据驱动的思想,提出了一种基于异常数据驱动的簇内数据融合方法.在节点数据采集过程中,仅当异常数据发生时才发送给簇头,减少了监测网络的数据传输量.在簇头数据融合过程中,建立了各传感器之间的相互支持度矩阵,支持度值较低的监测数据将被剔除,支持度值较高的监测数据进行最优加权融合,从而保证了融合结果的准确性和有效性.仿真实验结果表明,与算术平均值法及自适应加权融合法相比,本文方法能有效去除冗余信息,在融合精度、能量消耗方面具有明显的优势.     

重金属监测的光学单元无线化系统设计与研究

基于无线传感器网络技术,结合光学测量高精度的特性,设计了一套用于重金属监测的无线化系统.首先,完成了无线采集节点的整体架构设计;其次,在分析光学传感单元的特性及机理基础上,采用模块化设计方法,进行了光学无线采集节点的各个单元硬件设计和相应的软件设计;最后,对无线系统进行了功能验证实验.实验表明,所设计的光学无线化系统具有精度高、低成本、低功耗、布设便捷等优点,在重金属监测等相关领域具有很好的应用前景和实用价值.     

无线传感器网络轻量级数据加密机制设计

针对无线传感器网络处理能力、存储空间、能量等有限的特点,设计了轻量级数据加密机制。该机制对RC6算法进行了改进,添加了"对称层"运算,使改进后的RC6算法在运算工作量变化不大的情况下,硬件实现更加容易,硬件资源消耗更小。为进一步提高密文的安全性与数据加密强度,使用双密钥对明文进行两级加密,并引入了随机密钥管理机制,使网络节点每次加密时都能使用不同的密钥,提高了密钥的安全性。数据加密机制还使用了节点ID认证、带有身份标识的密钥池认证等多种安全认证机制来阻止非法节点的接入。实验基于低功耗Cortex-M3内核的控制芯片搭建无线传感器网络节点硬件平台,设计了通信协议,并在硬件平台上移植与实现了该机制。实验结果表明,该加密机制能够很好地在低功耗平台上运行。     

基于Kullback-Leibler分歧的变分滤波WSNs贝叶斯移动定位跟踪西

为了在降低资源能耗和带宽占用情况下,提高无线传感器网络WSNs移动目标定位跟踪的精度,提出了基于Kullback-Leibler分歧的变分滤波的WSNs贝叶斯移动目标定位跟踪算法。首先,利用高斯和Wishart分布在不考虑速度限制和方向移动限制情况下,构建WSNs移动定位的贝叶斯状态演化模型,并基于路径损耗模型构建移动目标定位的观测模型;其次,利用Kullback-Leibler分歧构建变分滤波的误差计算模型,通过周围激活节点实现移动节点目标的位置估计,设计了递归概率计算过程综合预测和更新两个过程,并实现了定位和目标跟踪的同步化;最后,通过仿真验证了所提模型在跟踪精度和资源节约上的优势。     

WSNS中基于箱线图的误差自校正定位算法

针对基于接收信号强度指示(RSSI)的无线传感器网络(WSNs)节点定位技术易受环境影响、算法运算量大等问题,提出一种基于箱线图的误差自校正定位算法.该算法采用箱线图法处理测距过程中的异常RSSI值,利用自校正最小二乘法消除测距误差进而实现节点定位.仿真和实验结果表明,该算法可以有效抑制异常RSSI值,显著提高节点定位的准确性和稳定性,而且无需建立复杂的数据传播模型或构造RSSI位置指纹分布图.