物聯網中基於網路編碼的WSN數據傳輸技術

《物聯網中基於網路編碼的WSN數據傳輸技術》是依託北京郵電大學，由鄭康鋒擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：物聯網中基於網路編碼的WSN數據傳輸技術
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：鄭康鋒
• 依託單位：北京郵電大學

項目摘要

物聯網是將各種信息感測設備與網際網路結合起來形成的巨大網路，它的研發目前受到了國際上廣泛關注。無線感測網（WSN）是物聯網技術體系中非常關鍵的一環。針對現有WSN無法適用於物聯網環境的各個主要問題，為實現WSN與網際網路的整合，使WSN的數據傳輸技術能適應物聯網的套用需求。本課題在物聯網環境中基於網路編碼研究WSN數據傳輸技術。首先建立一套適用於物聯網的WSN數據傳輸模型，將WSN傳輸技術的研究分成三大模組進行- - 傳輸模組、特殊功能模組、維護模組。然後，針對每一個模組進行研究，提出物聯網環境下具有長網路壽命、實用安全性、強魯棒性和高吞吐量的WSN數據傳輸協定；並研究傳輸協定對物聯網拓撲結構變化的環境的兼容性；制訂一套適用於物聯網的WSN狀態監控策略，對節點失效的高發區域進行有效管理。最後，本課題將通過實驗證實所提模型和技術的正確性與有效性。

結題摘要

本項目在物聯網環境下研究了基於網路編碼的WSN數據傳輸技術。針對物聯網中數據傳輸協定應當具備的長網路壽命、實用安全性、強魯棒性、高吞吐量這四個性質，從數據傳輸過程中涉及到的數據收集、數據分發、數據交換三種傳輸方式的角度，分別設計出了符合上述要求的數據傳輸協定。在數據收集方面，本項目分別研究了平面拓撲和分層拓撲種不同網路中延長網路壽命的數據收集協定，通過網路編碼，用計算能耗代替通信能耗，從整體上降低節點傳輸數據過程中的能量消耗，從而延長網路壽命；在數據分發方面，提出了基於網路編碼的廣播協定，更加適用於拓撲變化的WSN環境，採用隨機網路編碼提高對網路環境的兼容性進而提高了網路魯棒性，在網路鏈路傳輸失敗時減少重傳次數，進而延長了網路壽命；在數據交換方面，首先提出了基於能量的數據交換協定，在中間的路由選擇階段，引入了一個基於編碼機會、節點剩餘能量和QoS的評價數值TOPSIS，使得網路編碼的優勢在協定中能充分體現並在一定程度上均衡網路中節點的能量，增加網路的壽命。考慮到WSN網路拓撲易變性，在單路徑的基礎上研究了一種基於編碼機會判斷的多路徑數據交換協定，該方法可以解決單路徑路由協定的一個不足，即路徑斷開就需要發起新的路由發現，進而減小網路開銷。最後本項目研究了基於網路編碼的安全數據傳輸技術。提出了一種基於網路編碼的安全數據採集技術可以提供安全的數據更新與採集功能。此外還設計一種基於公鑰簽名算法以及物理不可複製功能（PUF）的無線感測器網路節點雙向身份認證方法，可以避免網內不誠實節點的欺騙攻擊以及網外節點偽裝為可信節點進行攻擊，為數據傳輸提供了安全保障。 本項目完成了所有的研究目標。本項目在研究過程中共培養了5名博士和6名研究生，其中4名博士和5名研究生已經畢業。申請國家專利三項，共發表了36篇論文，其中SCI檢索5篇，EI檢索22篇，編寫相關教科書一本。此外本項目子課題負責人還與加拿大滑鐵盧大學就網路編碼相關技術進行了為期一年的交流，與澳大利亞CSIRO的劉仁平教授就物聯網傳輸技術進行了多次交流合作。