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无线传感器网络中信息分发的可靠性研究 中文摘要 无线传感器网络中信息分发的可靠性研究 中文摘要 高效地分发节点的感知信息是无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN) 的核心功能之一。本文系统地研究了信息可靠分发的一些关键问题，这些问题相互渗 透、紧密关联，直接影响到分发的有效性和能耗高效性，主要研究内容如下： （1）一般说来，寻找一条满足多个附加约束条件路径的问题，是 NP 难问题， 这导致了许多启发式算法的提出，本文提出了一种多条件约束的最优路径选择算法， 该算法在图上随机地移动，发现那些到达最终目的节点机会较大的节点，裁减从源节 点到目的节点不可行的路径，由于是利用局部状态信息分布地计算，可扩展到其它 QoS 约束的路由问题。 （2 ）移动代理被认为是无线传感器网络中数据融合的有效方法，但代理访问节 点的次序以对算法有较大影响，本文提出一种基于 Bayes 估计的移动代理动态路由算 法。该算法通过构造特定数据结构的报文，在多跳环境中由 Bayes 估计调整梯度向量， 据此动态决定代理的访问路径，使移动代理有选择地在传感器节点之间移动，同时在 节点处由移动代理对数据进行融合，剔除多余的数据，减少信息传输量而不是把原始 数据传输到 Sink 节点。 （3 ）由于环境影响、链路干扰、节点失效等不确定因素，为增强网络中数据分 发的鲁棒性，本文提出一种具有偏好随机游动能量均衡的数据传输算法。该算法利用 位于源节点到 Sink 之间最短路径上或靠近最短路径的节点作为代理节点进行数据分 发，它能够平衡能量消耗和传输延迟二者之间的特定要求，由于该算法具有随机评估 的特点，因此能够较好地适应网络拓扑变化的环境。 （4 ）通过对网络编码与协作通信相结合的数据传输机制进行研究，提出一种协 作传输策略，分析了端到端的中断概率，评估了中继选择过程的有效性，开发了一种 基于协作传输策率的数据传输方法，它能够更加有效地利用网络资源，节省能量开销。 （5 ）提出一种基于伸展树的事件区域检测容错算法，该算法在构成的分布式融 合树上实施， 由多元回归方程对事件发生的可能性进行评估，利用被检测事件的时 空相关性，使得在缺少传感节点的区域，Sink 节点也可以获得事件发生的状态信息， I 中文摘要 无线传感器网络中信息分发的可靠性研究 且具有较高的精度。 （6 ）大规模部署的传感器网络，受攻击或感染的影响导致部分节点失效，失效 的节点由于感染的传播可能引起整个网络瘫痪，对感染传播控制的有效方法之一采用 免疫策略，本文通过对感染传播机理、免疫目标等方面的分析，提出了一种基于局部 关联特征的免疫策略，该策略利用网络局部拓扑信息确定免疫对象，并对这些对象实 施免疫，提高网络的抗蓄意攻击能力。 综上所述，本文针对可靠信息传输的路径选择问题，感知数据的融合问题、数据 分发的鲁棒性问题和抗蓄意攻击能力等关键问题提出了有效的解决方案，对于推进无 线传感器网络可靠信息分发的研究和实用化具有一定的理论意义和应用价值。 本项研究工作受到国家自然科学基金项目“无线传感器网络中紧急事件信息分发 的可靠性研究”(编号、江苏省现代企业信息化应用支撑软件工程技术研 发中心开放基金”无线多媒体传感器网络视频协同传输技术研究”(编号：SX200903)、 2009 年江苏省普通高校研究生科研创新计划项目”面向 WSN 的多节点协同数据传输 技术研究”(编号：CX09B_025Z) 、苏州市应用基础研究计划项目”基于无线传感器 网络的区域监测系统及关键技术研究”(编号：SYG201034)、江苏省自然科学基金” 基于强化学习的 Ad Hoc 网络视频鲁棒传输模型研究”(编号：BK2009116) 的资助。 关键词：无线传感器网络，路径选择，QoS 路由，数据融合，移动代理，偏好随机游 动，协作通信，中断概率，网络编码，中继，伸展树，复杂网络。 作 者：张书奎