无线传感器网络隐藏节点研究

Hidden node conflict is one of main reason to degrade the performance of wirless sensor networks. The solutions that include in RTS/CTS handshake mechanism, additional signal of busy tone, transmit power control, grouping strategy, the P-Frozen strategies are limited in the wireless sensor network.In view of existing methods'drawback of the wireless sensor network, we bring forward a ACK algorithm to find the hidden node relationship to reduce the extra steps in the traditional methods. At the same time, we can divide the hidden nodes into some groups by limited attempt according to the known hidden node relationship.These strategy are simple, low complexity, and dynamic self-adapting. These nodes can be self-in,self-exit and slef-moving relaxedly in the strategy. Using petri network to model and analysis the performance of new algorithms, centring on the accessibility and connectivity,using the queuing theory to analysis the algorithm performance. Coding the MAC protocol code to embed into the wireless sensor networks architecture and simulate algorithms based on NS2 or OMnet++;in the end, migrating code to TinyOS micro system and testing the realistic work environment.

隐藏节点冲突是导致无线传感器网络性能下降的重要原因之一。现有的解决方法RTS/CTS机制、增发busy tone信号、控制发射功率、分组策略、P-Frozen策略等应用于无线传感器网络都有一定不足，本课题拟利用隐藏冲突报文部分重叠的特点，提出基于捎带的隐藏关系发现算法，以减少传统发现算法隐藏关系探测的步骤；同时，根据已知的隐藏关系进行分组划分，对未暴露隐藏关系的节点进行有限次的尝试，即可完成分组划分。 拟利用Petri网建模分析上面基于捎带的隐藏节点发现以及冲突解决算法，重点分析其可达性以及连通性，对算法进行定性分析；同时，利用排队论求稳态解，定量分析其优化性能。 在策略提出以及理论分析基础上，拟编写MAC协议嵌入到无线传感器网络体系中，通过NS2或OMnet++仿真，分析所提协议的性能；最后，将隐藏节点冲突解析策略移植到TinyOS微操作系统，进行实际工程环境验证测试。

本项目研究成果由五部分组成，包含9篇SCI或EI收录论文，申请7项专利，授权5项，5项软件著作权。.第一部分针对无线传感网隐藏节点冲突问题提出静态与动态解决办法。.第二部分针对RFID传感器网络的防碰撞算法在应用中存在功耗高，时间同步难，读取效率低等问题。提出了一种优化结合二叉树（BT）和帧时隙ALOHA的新的防碰撞算法。 .第三部分针对无线传感器网络节点的安全性问题，研究了一种基于二维二态五邻居可逆细胞自动机（CA）的图像加密算法。.第四部分对未来新型量子通信网络做了一些探讨，为量子通信提供了理论基础。.第五部分利用无线传网隐藏节点算法解决生物信息领域前沿问题。利用隐马尔科夫模型，分析状态转移和观测变量，利用前向概率等方法，来寻找生物过程的临界点和关键致病因子。.本项目最大特色是其研究成果的实际应用推广，其申请的专利以及软件著作权已被申请单位的合作伙伴进行产业化工作，带来将近1000多万的产值。