无线传感器网络定位算法鲁棒性及安全性研究

众多无线传感器网络应用需要传感器节点的位置信息，因而定位算法非常重要。尽管当前文献提出了多种定位算法，但其研究很不深入。本项目即致力于深入研究无线传感器网络中定位算法的鲁棒性和安全性问题。研究分为四部分：第一，研究信标节点的数量问题，在各种不同网络拓扑下给出信标节点数量的界。第二，研究定位算法的鲁棒性问题，提出最优的部署信标节点的算法；当某些信标节点失效时，提出增加部署信标节点的最优算法。第三，研究定位算法的安全性问题。首先对各种安全威胁和攻击者进行建模，确定定位算法中所需的安全服务，然后提出各种安全机制及算法实现定位算法的安全性要求。这里，我们从两个不同角度提出安全算法，即基于密码学的算法和基于统计学的算法。各种不同的算法分别考虑攻击的检测和预防问题。第四，研究鲁棒性和安全性之间的关系。第一部分的研究是下面各部分研究的基础，第二、三部分的研究则是本项目最核心的内容，第四部分作进一步完善。

随着无线网络应用的日益普遍以及复杂多媒体业务的不断涌现，无线网络的业务量急剧增加。如何在无线网络实现安全的传输数据，以及对于网络节点进行精确的定位都是挑战性问题。本项目主要研究了如下四个部分：.第一，研究基于距离的定位算法，基本原理如下：确定某一未知位置节点到一些已知位置的节点的距离，然后可根据三边测量法、三角测量法或者极大似然法等预先设定机制确定其自身的位置，该节点变为已知位置节点；重复上述过程，当传感器网络中所有节点确定了自身的位置时，定位算法结束。可选的实现过程主要有基于到达时间的定位机制，基于到达时间差的定位机制，基于到达角度的定位机制和基于接收信号强度的定位机制。.第二，研究如何将有限的无线资源，以合适的方式分配给不同的用户或业务，以满足他们对无线资源的需求。然而，无线网络资源的稀缺性，无线网络信道状态的不稳定性，无线网络中不同类型业务的不同服务质量QoS需求，以及无线资源分配过程中体现的不公平性，都给无线网络资源分配带来了很多挑战。.第三，研究无线网络的数据安全传输。位置验证算法功能是检验一个节点申明的位置是否是真实的，该节点可能是信标节点，也可能是普通节点，位置验证算法本质上是一种被动防御算法。通过一组检验节点测定其到一个位置申明节点的距离，然后将这些距离送至一受信任的节点，由该节点使用最小均方误差算法确定申明节点位置的正确性。.第四，研究基于无线传感器通信的多智能体网络的分布式一致估计算法。网络环境是不稳定的，包含着设备失败、连接失败、通信干扰、以及数据传输攻击与保密通信等诸多因素。因此，这就需要我们从切换拓扑、时延状态重用、灵活的通信网络构建角度设计分布式、健壮性以及安全性的算法去应对这些问题。.综上，本项目研究了多种无线传感器网络定位及数据安全传输算法、无线传感器网络的功率分配算法、无线传感器网络的分布式一致算法、基于无线传感器网络的云安全算法、基于无线传感器通信的多智能体网络的分布式一致算法等。其工作成果发表在国际刊物上。