一种强安全的WSN用户认证及密钥协商方案

针对无线传感器网络双因素用户认证方案中智能卡内敏感信息被破译、公共信道信息传输被侦听引起的匿名性隐患及密码猜测等攻击,在T-M方案的基础上,注册阶段采用哈希加密深度隐藏了用户隐私信息,增强智能卡中元素的抗猜测性;又将网关作为消息中转站提前对用户进行验证,调整了信息传输结构及认证方式,减少节点能耗且加强消息传输的安全防护;同时,在网关端添加写保护用户身份日志表,及时记录用户登录信息,以防资源滥用。理论分析及实验显示了所提方案有效抵御了T-M方案的不足,大大减少了传感节点的通信开销,提供更多的安全防护且具有计费功能。     

基于节点RSSI值与临界RSSI比例的跳数修正和跳距重估的DV-HOP算法

为了减少传统DV-Hop定位算法对未知节点定位时产生的较大误差,提出了一种基于节点RSSI值与临界RSSI比例跳数修正和跳距重估的DV-HOP算法。首先,采取节点RSSI值与临界RSSI比例来修正跳数,得到修正后的跳数;然后利用修正后的跳数求解跳距均衡系数对平均跳距进行穷尽三角组合加权修正,得到修正后的跳距;最后,将修正后跳距与通信半径进行比较,偏差最大和最小的跳距不参与计算,再求剩余跳距值的均值得到平均每跳距离。仿真结果表明：在相同的网络环境下,与经典的DV-Hop算法相比,文中算法仅需要节点通信芯片具有RSSI指示功能,并不需要其它额外的硬件,有效降低了定位误差;与其他DV-Hop修正算法相比,该算法同样也具有降低定位误差的优势。     

一种基于有限信道的能量高效节点调度机制

在低负载、低功耗无线传感器网络中,节点状态切换的能量消耗因为用于数据传输的能量较小而变得不可忽略。针对此问题,提出了结合多信道技术与时分多路访问( TDMA)技术的节点调度算法。该算法设计了基于接收端的连续时隙分配策略以减少节点状态切换次数,并且在可用无线信道有限的约束条件下,提出了信道分配与时隙调整机制,实现了时隙重用并最小化有限信道约束对优化节点状态切换次数的影响。仿真实验结果表明,当可用无线信道数为3~5时,算法能够有效地改善节点能量效率。当可用无线信道数大于3之后,算法能够获得优化的数据汇聚时间。     

基于博弈理论的农田能量异构网络节点协同资源利用

针对无线传感器网络中耗能不均问题,以及可再生能源节点在农田无线传感器网络中应用的具体情况,将博弈理论引入无线传感器网络能耗问题研究中,建立了基于博弈理论的节点成簇方法,实现提高可再生能源利用率、均衡非可再生能源节点能耗的目标。方法首先建立簇收益与簇内节点收益评估模型,进行簇收益计算、簇内的两类能量异构节点个体收益的计算。在计算簇收益和节点收益的基础上进行节点成簇博弈,使得成簇方案向收益更高的策略空间进行跳转,最终达到博弈中的均衡状态。仿真实验表明,通过博弈进行无线传感器网络成簇,能够充分利用可再生能源节点能量,降低和均衡非可再生能源节点能耗,最终达到延长网络寿命的目标。     

一种抗独立攻击的WSN三维安全定位算法

为解决无线传感器网络中节点定位缺乏安全性和定位精度不高的问题,基于最速下降法与牛顿迭代法提出了一种新的三维安全定位算法。该算法首先给出三维空间下未知节点定位的计算方法和独立攻击模型,然后利用最速下降法和恶意锚节点检测技术选出最优锚节点数据,并结合牛顿迭代法实现了快速高精度的三维安全定位。实验结果表明,在危险的环境下,该算法能有效抵抗独立攻击以及在定位精度和未知节点可成功定位率方面都具有较好的优势。     

基于压电振动俘能的自供电刮板输送机张力检测系统

为实现对刮板输送机运行过程中链条张力的有效检测,克服供电模块需要定期拆卸更换的难题,提出了一种基于压电振动俘能自供电的刮板输送机张力检测系统.通过采集刮板运行过程中产生的振动能量实现电能的有效转换,保证张力检测装置和无线信号发射装置长期有效工作.通过系统多个周期张力检测实验结果表明,检测系统自供电性能稳定;截取103 s的单周期进行分析,刮板经过链轮时的最大张力峰值为274.2 kN,通过计算两端部啮合点张力的差值得到下边链的运行阻力为12 kN,测试结果符合现场实际工况,表明系统具有较高的检测精度及可靠性.     

一种时分簇调度算法的实现

无线传感器网络是一种典型的资源受限系统,研究信道和时隙在内的资源分配方法,对提高网络性能保障服务质量具有重要意义。为解决智慧医疗系统中传感网络结构不固定,服务质量无法保障问题,构建了一种非平衡的簇树结构,采用可避免碰撞、保证传输时延的时分簇调度算法进行传输任务的分配,将资源分配结果在TinyOS系统中进行实现,并采用CC2530平台进行验证。为便于修改数据流参数,使调度的结果更加直观,设计了图形用户界面。结果表明这种时分簇调度算法可以保证非平衡结构无线传感网络通信质量,为大规模簇树网络提供有效的服务保障。     

嵌入式时栅传感器高精度激励设计方法

介绍了嵌入式时栅传感器的基本原理,分析了两相激励信号不一致性主要是幅值不等和相位不正交对传感器测量精度的影响。基于DDS原理结合反馈控制设计了高精度的激励信号模块,采用反馈电路控制可程控放大电路调理两相信号幅值,实现了激励信号的幅值相等,基于闭环反馈控制直接修改数字激励信号实现了信号的相位正交。实验研究结果表明,采用这种闭环控制的方法,传感器短周期测角误差从±65″降低到±16″左右,常值误差基本消除,传感器精度大幅度提高。     

基于三维多孔泡沫镍材料的乳糖传感器研究

提出了一种基于三维多孔泡沫镍的乳糖传感器,采用泡沫镍材料作为工作电极,铂电极作为对电极,在0.1 M的NaOH碱性环境中以循环伏安法(CV)和电流-时间曲线法(i-t)建立了乳糖定量检测方法,循环伏安扫描结果证明乳糖可以被泡沫镍氧化,电流-时间检测结果表明乳糖在0.2 mmol/L~3.5 mmol/L的线性浓度范围内,泡沫镍检测乳糖的灵敏度为9.433 1 mA/(cm2·mmol/L),检测限为6.8μmol/L.本文所研究的乳糖传感器具有响应速度快、成本低、高灵敏度、低检测限等优势,具有较好的实际应用价值.     

波导传感器中高效柱面波平面波转换结构的变换光学设计

基于阻抗可调的变换光学理论,设计了波导传感器中二维平面波和柱面波相互转换的光学结构。通过在虚拟空间设置合适的阻抗函数,变换介质边界上的反射得到有效消除,实现了高效的平面波到柱面波转换;转换效率将随着输入波束宽度的增加而提高。四个相似转换结构的组合,可实现高效柱面波-平面波转换,与采用传统的变换光学设计比较,基于阻抗可调变换光学理论的设计,数值模拟表明转换效率可提高约百分之六。