無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可生存理論與技術(shù)研究

內(nèi)容概要

　　《無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可生存理論與技術(shù)研究》首先從多重覆蓋、多連通拓?fù)?、多路徑傳?個(gè)方面介紹了容錯(cuò)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可生存技術(shù)；考慮到入侵與故障的不同，區(qū)分了容錯(cuò)和容侵這兩個(gè)概念。在此基礎(chǔ)上，討論了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全結(jié)構(gòu)、入侵檢測(cè)及生存性定量評(píng)估技術(shù)。隨后，以移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的定向補(bǔ)位和播撒節(jié)點(diǎn)作為更新性補(bǔ)償資源，研究了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自再生的可生存技術(shù)。最后，從應(yīng)用出發(fā)，定義系統(tǒng)的關(guān)鍵服務(wù)，根據(jù)關(guān)鍵服務(wù)的需求，設(shè)計(jì)了應(yīng)用驅(qū)動(dòng)、緊急優(yōu)先的MAC協(xié)議，探索在條件受限情況下保證優(yōu)先級(jí)任務(wù)的“應(yīng)用可生存技術(shù)”?！　　稛o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可生存理論與技術(shù)研究》可以作為傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)技術(shù)人員的參考資料，也可以作為計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)專業(yè)研究生學(xué)習(xí)可生存技術(shù)的參考書(shū)。

作者簡(jiǎn)介

王良民，男，生于1977年9月，博士，東南大學(xué)博士后，江蘇大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任，副教授，碩士生導(dǎo)師，江蘇省青藍(lán)工程優(yōu)秀青年骨干教師，國(guó)家留學(xué)基金資助人員和博士后科學(xué)基金特別資助第一批資助人員，擔(dān)任過(guò)國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目評(píng)審專家。
    主要研究無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中信息安全技術(shù)，先后主持了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國(guó)家博士后科學(xué)基金項(xiàng)目、江蘇省自然科學(xué)基金青年科技創(chuàng)新人才項(xiàng)目、江蘇省博士后科研計(jì)劃項(xiàng)目及江蘇大學(xué)高級(jí)人才啟動(dòng)項(xiàng)目。發(fā)表論文近60篇，被SCI、El檢索40余次，申請(qǐng)公開(kāi)國(guó)家技術(shù)發(fā)明專利5項(xiàng)，為TON、SPL、JWCN和CJE等SCI期刊審稿專家，曾任ACM SNA2010的TPC成員。
    廖聞劍，高級(jí)工程師，碩士生導(dǎo)師，江蘇省民盟新社會(huì)階層人士聯(lián)誼會(huì)副會(huì)長(zhǎng)，江蘇省網(wǎng)絡(luò)信息安全工程技術(shù)研究中心主任，南京市中青年行業(yè)技術(shù)學(xué)科帶頭人。
    主要研究網(wǎng)絡(luò)安全及無(wú)線系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)，主持“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目子課題，發(fā)改委應(yīng)用示范項(xiàng)目及江蘇省軟件企業(yè)專項(xiàng)引導(dǎo)項(xiàng)目，申請(qǐng)專利1項(xiàng)。在通信領(lǐng)域?qū)W會(huì)會(huì)議或期刊上發(fā)表論文20余篇。獲得過(guò)國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)和公安部科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

書(shū)籍目錄

目　錄 第1章　概述　11.1　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)　11.2　可生存性的定義及特點(diǎn)　21.3　可生存與信息安全技術(shù)　31.3.1　以防范入侵為特色的信息保護(hù)階段　41.3.2　以入侵檢測(cè)為代表的信息保障階段　41.3.3　以容忍入侵為核心的生存技術(shù)階段　41.4　可生存技術(shù)的分類　51.4.1　先應(yīng)式可生存技術(shù)　61.4.2　反應(yīng)式可生存技術(shù)　61.4.3　自再生的生存技術(shù)　71.5　本書(shū)的章節(jié)安排　7參考文獻(xiàn)　9第2章　覆蓋與冗余的多重覆蓋　112.1　網(wǎng)絡(luò)覆蓋與覆蓋控制　112.1.1　節(jié)點(diǎn)感知模型　112.1.2　節(jié)點(diǎn)部署方式　122.1.3　相關(guān)術(shù)語(yǔ)　132.2　覆蓋控制算法　152.2.1　算法評(píng)價(jià)指標(biāo)　152.2.2　目標(biāo)覆蓋　162.2.3　柵欄覆蓋　172.2.4　區(qū)域覆蓋　182.3　典型的k重覆蓋算法　192.3.1　基于圓周覆蓋的k重覆蓋判定算法　202.3.2　基于交叉點(diǎn)覆蓋的k重覆蓋配置協(xié)議　212.3.3　基于k效益的連通k重覆蓋近似算法　222.3.4　基于Voronoi圖的k判定覆蓋算法　222.3.5　基于支配集的k重覆蓋求解算法　232.3.6　基于ε-net的k重覆蓋求解算法　242.4　k-CAPSM：基于感知概率模型的k重覆蓋算法　242.4.1　背景問(wèn)題與網(wǎng)絡(luò)模型　252.4.2　k-CAPSM的算法描述　262.4.3　算法分析　312.5　小結(jié)　35參考文獻(xiàn)　36第3章　拓?fù)淇刂萍捌渖嫘浴?93.1　拓?fù)淇刂频幕締?wèn)題　393.1.1　拓?fù)淇刂频难芯磕繕?biāo)　393.1.2　拓?fù)淇刂频臄?shù)學(xué)模型　403.2　典型的拓?fù)渖蓞f(xié)議　413.2.1　功率控制　413.2.2　分層結(jié)構(gòu)　433.2.3　節(jié)點(diǎn)輪值　453.3　可生存拓?fù)溲芯俊?63.3.1　容錯(cuò)拓?fù)洹?63.3.2　容忍入侵研究的必要性　473.3.3　可生存拓?fù)湫枰芯康膯?wèn)題　483.4　基于時(shí)間片的低功耗分簇算法　493.4.1　LEACH協(xié)議分析　493.4.2　算法的實(shí)現(xiàn)　513.4.3　仿真實(shí)驗(yàn)分析與相關(guān)工作比較　543.5　節(jié)能的冗余拓?fù)渖煞椒ā?83.5.1　SoRCA的冗余拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)　583.5.2　SoRCA性能分析　593.5.3　改進(jìn)的SoRCA方法　603.5.4　性能分析　623.6　小結(jié)　64參考文獻(xiàn)　65第4章　多徑路由與可靠數(shù)據(jù)傳輸　694.1　概述　694.1.1　鏈路可靠性技術(shù)　694.1.2　多路徑技術(shù)　704.2　典型的數(shù)據(jù)傳輸路徑可生存研究　714.2.1　ARRIVE　　714.2.2　INSENS　　724.2.3　MVMP　　744.3　基于移動(dòng)代理的多徑路由協(xié)議　764.3.1　預(yù)備知識(shí)　774.3.2　移動(dòng)代理的引入　784.3.3　多路徑建立過(guò)程　794.3.4　仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析　814.4　基于多路徑的數(shù)據(jù)可靠傳輸方法　834.4.1　提高傳輸可靠性　844.4.2　基于冗余路徑的可靠數(shù)據(jù)傳輸方法　844.4.3　分析與實(shí)驗(yàn)　894.5　小結(jié)　91參考文獻(xiàn)　91第5章　容錯(cuò)與容侵　935.1　概述　935.2　路由攻擊與應(yīng)對(duì)　945.2.1　路由攻擊方法　945.2.2　應(yīng)對(duì)措施建議　965.3　拓?fù)涔簟?95.3.1　拓?fù)涔舴椒ā?95.3.2　特定協(xié)議的攻擊分析　1015.4　拓?fù)淙蒎e(cuò)與容侵　1025.4.1　基本概念　1025.4.2　一個(gè)引例　1035.4.3　兩種觀點(diǎn)　1045.4.4　形式化的定義與分析　1055.4.5　容錯(cuò)度與容侵度　1065.5　伯努利節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)模型的容錯(cuò)度與容侵度　1075.6　分析與討論　1095.6.1　傳感器網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)容忍能力分析　1095.6.2　相關(guān)工作比較　1115.7　容侵拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)配置應(yīng)用　1125.8　小結(jié)　113參考文獻(xiàn)　113第6章　安全結(jié)構(gòu)與可生存性　1166.1　三層安全體系　1166.2　密鑰管理技術(shù)　1176.2.1　密鑰管理的目標(biāo)與特點(diǎn)　1186.2.2　對(duì)稱密鑰管理方案　1196.2.3　非對(duì)稱密鑰管理方案　1256.2.4　廣播中的組密鑰管理方案　1276.2.5　基于混合網(wǎng)絡(luò)的密鑰管理方案　1286.2.6　分析與總結(jié)　1306.3　一種門限方案　1336.3.1　生成主密鑰　1346.3.2　會(huì)話密鑰協(xié)商　1356.3.3　安全結(jié)構(gòu)的容侵性　1356.3.4　密鑰更新　1366.4　小結(jié)　136參考文獻(xiàn)　137第7章　攻擊檢測(cè)技術(shù)　1437.1　攻擊檢測(cè)技術(shù)概述　1437.2　攻擊行為檢測(cè)　1447.2.1　Sybil攻擊檢測(cè)方法　1447.2.2　Sinkhole攻擊檢測(cè)　1577.2.3　基于信任度與丟包行為的選擇轉(zhuǎn)發(fā)攻擊檢測(cè)　1647.3　基于信任的惡意節(jié)點(diǎn)檢測(cè)方法　1727.3.1　兩種服務(wù)3類攻擊　1727.3.2　信任評(píng)估模型　1737.3.3　直接信任評(píng)估　1747.3.4　間接信任評(píng)估　1767.3.5　模糊信任評(píng)估系統(tǒng)　1787.3.6　數(shù)據(jù)篡改攻擊的容忍機(jī)制　1807.3.7　仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析　1837.3.8　相關(guān)工作　1887.4　小結(jié)　189參考文獻(xiàn)　190第8章　攻擊條件下的可生存性評(píng)估　1948.1　網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)生存性評(píng)估模型概述　1948.2　路由安全性評(píng)估　1968.2.1　路由攻擊描述　1968.2.2　路由安全評(píng)估模型的建立　1988.2.3　應(yīng)用實(shí)例與分析　2008.3　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞娜萸帜芰υu(píng)估　2028.3.1　拓?fù)淙萸帜芰υu(píng)估的狀態(tài)變遷模型　2028.3.2　DTMC的容侵指標(biāo)求解及能力評(píng)估　2048.3.3　基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的綜合指標(biāo)分析　2088.3.4　拓?fù)淙萸帜芰Ψ治雠c評(píng)價(jià)　2098.4　DoS攻擊下的生存性評(píng)估　2138.4.1　基于服務(wù)的WSN簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)　2138.4.2　基于服務(wù)的可生存性評(píng)估方法　2158.4.3　仿真實(shí)驗(yàn)　2178.5　小結(jié)　220參考文獻(xiàn)　220第9章　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的自再生技術(shù)　2239.1　引言　2239.2　修復(fù)覆蓋洞的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)貼片方法　2249.2.1　網(wǎng)絡(luò)模型與問(wèn)題描述　2259.2.2　性質(zhì)定理　2269.2.3　覆蓋洞修復(fù)算法PATT　2289.2.4　算法性能分析　2319.3　基于虛擬力的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化部署方法　2369.3.1　網(wǎng)絡(luò)假設(shè)　2369.3.2　動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法　2379.3.3　虛擬力算法　2389.3.4　實(shí)驗(yàn)和分析　2409.4　播撒方式的替代性資源　2429.4.1　一種基于三色的拓?fù)渖煞椒ā?439.4.2　拓?fù)涓路椒ā?459.4.3　實(shí)驗(yàn)分析與相關(guān)工作　2479.5　小結(jié)　251參考文獻(xiàn)　251第10章　應(yīng)用事件驅(qū)動(dòng)的MAC協(xié)議　25410.1　引例　25410.2　相關(guān)工作　25610.3　協(xié)議基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)　25810.3.1　超幀結(jié)構(gòu)　25910.3.2　信標(biāo)數(shù)據(jù)包　26010.4　算法　26210.4.1　CAP時(shí)隙分配算法　26210.4.2　時(shí)隙調(diào)整算法　26410.5　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與性能分析　26510.5.1　仿真環(huán)境與參數(shù)設(shè)置　26610.5.2　MAC協(xié)議性能分析　26610.6　小結(jié)　271參考文獻(xiàn)　271

章節(jié)摘錄

　　第2章 覆蓋與冗余的多重覆蓋　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，大量的傳感器節(jié)點(diǎn)組成多跳無(wú)線自組網(wǎng)，傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)感知本地的數(shù)據(jù)，將其融合后的處理結(jié)果發(fā)送給基站，基站再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給用戶。在這一過(guò)程中，涉及傳感器網(wǎng)絡(luò)的許多重要機(jī)制，如：覆蓋、數(shù)據(jù)感知、數(shù)據(jù)傳輸及處理等。而這一過(guò)程的第一步就是對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行覆蓋，它是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)配置首先要面臨的關(guān)鍵問(wèn)題--沒(méi)有感知區(qū)域的覆蓋，網(wǎng)絡(luò)的可用性和生存性都無(wú)從談起。網(wǎng)絡(luò)覆蓋可在物理上提供節(jié)點(diǎn)級(jí)的冗余（多重覆蓋），同時(shí)為感知信息的冗余性提供了保障，這構(gòu)成了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可生存性的基礎(chǔ)。鑒于多重覆蓋或者說(shuō)覆蓋冗余性的重要性和基礎(chǔ)性，本章研究多重覆蓋，為可生存的無(wú)　　線傳感器網(wǎng)絡(luò)提供冗余性的基礎(chǔ)?！　?．1 網(wǎng)絡(luò)覆蓋與覆蓋控制　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋控制是指通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)的空間位置分布調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)被監(jiān)測(cè)區(qū)域或目標(biāo)對(duì)象物理信息的感知，它從根本上反映了網(wǎng)絡(luò)對(duì)物理世界的感知能力。網(wǎng)絡(luò)覆蓋在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的重要性與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接（第3章討論）并列，是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行必須解決的基本問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)連接側(cè)重于節(jié)點(diǎn)間通信能力的連接，使得采集的物理信息能夠順利地傳送到網(wǎng)絡(luò)終端；而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋受無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)“感知”任務(wù)特性的影響，其關(guān)注的問(wèn)題不同于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，它反映了傳感器網(wǎng)絡(luò)所能提供的“感知”服務(wù)質(zhì)量，從網(wǎng)絡(luò)感知物理世界的角度，關(guān)注通過(guò)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的位置分布完成滿足應(yīng)用需求的被監(jiān)測(cè)區(qū)域物理信息的采集?！　「采w控制的目的是優(yōu)化無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋，從而合理分配網(wǎng)絡(luò)的空間資源，更好地完成環(huán)境感知、信息獲取任務(wù)，這對(duì)提高網(wǎng)絡(luò)生存能力具有重要的意義。高效地覆蓋控制策略，不但可以更大范圍、更精確地對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、跟蹤，還可以顯著節(jié)約網(wǎng)絡(luò)的能量消耗，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間?！　?hellip;…

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