平均度约束的无线传感器网络拓扑控制

拓扑控制是无线传感器网络中最重要的技术之一.大规模随机部署的无线传感器网络节点,在满足无线传感器网络拓扑连通性的前提下,如何保证网络结构的稀疏性是一个亟待解决的问题,目前已有的研究结果表明当节点密度较大时,得到的网络拓扑复杂,计算路由将严重消耗节点资源.文中提出了一种平均度约束的无线传感器网络拓扑控制,通过增加节点通信半径,约束节点的平均度来解决网络的连通性与网络拓扑的稀疏性之间的矛盾.数值模拟表明:通过平均度约束的无线传感器网络拓扑控制,可减少网络中选出的工作节点数,保证了网络的稀疏性,简化了路由的复杂度,从而延长了网络的生存周期.     

6LoWPAN网络组播通信方案的研究与设计

随着无线传感器网络(WSN)对新应用的需求不断增加,基于IEEE 802.15.4实现IPv6通信的低速无线个人局域网标准6LoWPAN是将WSN接入Internet实现全IP通信的理想解决方案.在此提出了一种基于6LoWPAN网络的组播通信方案,通过自组建M AC地址的方式,对现有的6LoWPAN网络增加了对组播通信的支持,设计完成了6LoWPAN网络组播通信方案,降低了组播通信下组内节点接收网关数据的时延,以及组外节点对无关数据的处理消耗.结果分析表明,该组播通信方案下的节点通信时延是单播通信下节点通信时延的15.13％,组外节点数据处理效率比广播通信下的组外节点提高了39.02％.该通信方案能够获得预期功能和性能,6LoWPAN节点能够动态加入和退出组播组,接收组播组内信息.     

无线传感器网络的一种可调节的拓扑控制算法

在无线传感器网络的拓扑控制问题中,保持节点能耗最低路径和低节点度之间存在一种平衡.最佳的平衡点与具体的应用和网络状态有关.文中提出一种新的拓扑控制算法,使所构造的拓扑能在这两个不一致的目标之间进行调节.该算法所构造的拓扑结构在一极能保持所有能耗最低路径,另一极能使平均节点度逼近理论最小值.仿真结果证实新算法在比已有方案更真实的能量消耗模型下可以保持所有能耗最低路径,同时也显示新算法对节点度有更大的调节范围.     

基于主-备关系的PMIPv6区域移动锚点容错方案

代理移动IPv6 (PMIPv6)是IETF提出的基于网络的区域移动管理协议.在PMIPv6系统中,区域移动锚点(LMA)是维持移动节点(Mobile Node,MN)在PMIPv6域内不同接入链路间移动过程中可达性的关键实体.文中针对PMIPv6中LMA的单点故障问题,提出一种基于主-备关系的区域移动锚点容错方案(LMAFT).方案在PMIPv6域内部署多LMA,并建立一一对应的主-备关系,通过LMA间自组织状态管理实现容错.方案设计了双向有效性检测机制,实现主、备LMA间快速的失效检测;LMA服务迁移机制支持失效实体全部服务迁移和过载实体部分服务迁移,实现容错的同时支持多LMA负载均衡.理论分析和仿真实验结果表明,LMAFT方案可将LAM容错时间控制在50 ms～350 ms.当容错时间控制在100 ms以下时,可完全避免LMA失效对移动节点MN的TCP应用造成的影响;最差情况下,也可在LMA失效发生后的1s～2.7s内快速恢复相关MN的TCP应用吞吐量.对于UDP应用,LMAFT方案可在LMA失效发生后2s内恢复相关MN的收包率.     

基于节点有效通信率的P2P网络拓扑优化

分析了P2P网络中产生大量冗余通信开销的原因,根据不同节点对查询表现出不同的性能,定义了节点有效通信率,让具有更高有效通信率的节点具有更大的连接度。采用了基于流言的闲谈机制来获取整个网络的平均有效通信率和平均节点连接度,提出节点度优化模型及连接策略。实验结果显示文中的拓扑优化方法大幅提高了资源搜索的整体性能。     

适用于ZigBee网络的借地址分配算法

无线传感器网络使用ZigBee技术默认的分布式地址分配机制(DAAM)为节点分配地址时没有考虑到网络拓扑结构的优化,造成了网络深度的浪费。为此,提出一种ZigBee网络分布式借地址分配(DBAA)算法,通过为节点分配两跳通信范围内的空闲地址优化网络拓扑,从而提高节点获得地址的成功率。理论分析和仿真结果表明：DBAA算法在地址分配成功率、平均通信开销和平均耗时方面性能优于DAAM和SLAR方案。     

一种基于IPv6安全通信方案的移动扩展研究

在对基于固定IPv6网路的安全通信方案进行研究和分析的基础上,提出了一种新的基于移动IPv6网络的安全通信扩展方案.通过对固定IPv6网络中的基于亲密伙伴的安全通信方案进行改进,并结合移动IPv6网络中移动节点的特性,提出了一种动态构建安全通信管理模式的新思想.以移动子网内部移动节点的预测驻留时间为标准来选取子网内部的管理节点.通过在移动网络中构造一个动态管理节点,妥善地解决了原方案在移动IPv6网络中的扩展问题.最后,通过对新方案进行了仿真和分析,证明了该方案的可行性.     

基于PMIPv6的移动性管理方案研究

PMIPv6协议是MIPv6协议的扩展,是一种基于网络的移动性管理技术。在PMIPv6协议中,由网络负责探测节点的移动路径并初始化所必须的移动信令,MN不参与切换过程,能量消耗低,但是PMIPv6依赖于一个独一无二的处于网络中央的本地移动锚点( LMA),容易导致瓶颈问题,且带来切换时延长、通信路径非最优等问题。基于此,提出了一种基于PMIPv6的移动性管理方案,使用簇对移动接入网关(MAG)进行分组。在每个簇中选举出一个头移动接入网关(HMAG)作为簇头,由HMAG代替LMA负责执行本簇内的移动切换以及最优化数据通信路径,这样就减少了LMA的负载,延长了网络寿命。分析及仿真结果表明所提方案与PMIPv6相比在总开销、LMA负载等方面都有较大的改善。     

无线传感器网络密钥种子管理和分配模型及应用

随机密钥种子预分配方案是实现安全的无线传感器网络应用的首选方案,该方案在无线传感器网络节点布置之前建立和分配某种密钥种子信息,在网络节点布置之后利用密钥种子信息建立或发现节点之间安全的通信链路.根据传感器网络的通信保密和节点认证需求,提出了通用密钥种子管理和分配模型(KSMA).该模型可用于预分配方案的安全分析,描述了预分配方案的5个安全属性.在KSMA模型中,基于单向累加器,定义了一类新的密钥种子结构,提出了新的密钥种子预分配方案和节点秘密共享发现协议,并在UC(universally composable)安全框架中对新的秘密共享发现协议进行了可证明安全分析.在新方案中说明了如何设定密钥池参数和节点密钥链参数的方法,该方法不仅保证了高概率的安全链路建立,而且可以通过节点身份证人确认机制实现节点之间身份认证,有效地防御传感器网络Sybil攻击.通过与其他方案的分析对比,新方案改善了网络安全弹性、综合性能良好.     

无线传感器网络能量均衡拓扑模型研究

针对BA模型仅考虑节点寿命对网络拓扑结构影响的现状,考虑到拓扑能量利用率不高会缩短网络生命周期,在分析网络平均剩余能量和通信半径对网络生命周期影响的基础上,提出一种无线传感器网络能量均衡拓扑模型.该模型在拓扑演化过程中,综合考虑节点剩余能量、通信半径和节点度,并引入剩余能量调节参数、通信半径调节参数和节点度调节参数,最终使剩余能量大的节点连接概率更高.理论分析和仿真实验结果表明,该模型不仅具有无标度网络的幂律特性,具有较好的稳定性,且能够均衡节点和网络能耗,延长网络的生命周期.