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淺說(shuō)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的定義與規避方法論文
一、無(wú)線(xiàn)傳感的定義
稱(chēng)處于網(wǎng)格點(diǎn)感知區域內的傳感器節點(diǎn)為相關(guān)節點(diǎn)，其他為不相關(guān)節點(diǎn)。即：{/(,)}ijijndnWRsnNij表示網(wǎng)格點(diǎn)相關(guān)節點(diǎn)的集合，N為覆蓋區域內所有節點(diǎn)。d(n,Wij)表示節點(diǎn)到網(wǎng)格點(diǎn)的距離，距離小于Rs的節點(diǎn)，放入到集合ij中。無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)的通信模型和感知模型都是圓盤(pán)模型。以網(wǎng)格點(diǎn)Wij為圓心，半徑為傳感器節點(diǎn)感知半徑Rs的圓形區域，稱(chēng)為該網(wǎng)格點(diǎn)的感知區域R。對于傳感器節點(diǎn)n1，n2，他們所覆蓋的區域分別為S1，S2，如果S1S2，則傳感器節點(diǎn)覆蓋相關(guān)。對處于網(wǎng)格點(diǎn)感知區域R內且不參加調度的休眠節點(diǎn)，用X表示這些節點(diǎn)的集合。同時(shí)用G表示參與覆蓋任務(wù)的節點(diǎn)集合。為了更好的說(shuō)明算法實(shí)現的過(guò)程，現將算法的具體步驟作如下描述：Step1對目標區域進(jìn)行虛擬網(wǎng)格劃分，同時(shí)確定目標區域內所有網(wǎng)格點(diǎn)ijW的位置(x,y)�？梢哉业骄W(wǎng)格點(diǎn)相關(guān)節點(diǎn)的集合ij。Step2判斷網(wǎng)格點(diǎn)目標區域內所有相關(guān)節點(diǎn)的信任度T：若TTmin，則節點(diǎn)被判定為惡意節點(diǎn)，從網(wǎng)格點(diǎn)相關(guān)節點(diǎn)集中剔除，不參與任何調度；若TTmin,則節點(diǎn)被判定為活躍節點(diǎn)，放入活躍節點(diǎn)集中，活躍節點(diǎn)集合記為H。Step3為了保證覆蓋過(guò)程中，使用盡可能少的節點(diǎn)和保持更高的安全性，延長(cháng)生命周期。把集合中的節點(diǎn)按照數量從少到多、信任度從高到底的順序放入待工作節點(diǎn)集合G1中。例如，首先把集合H中信任度最高的節點(diǎn)放入G1中，如果該節點(diǎn)的信任度能達到Tmax標準，則該網(wǎng)格點(diǎn)的待工作集合即為此節點(diǎn)；否則，繼續把集合H中最高的節點(diǎn)放入集合G1，判斷網(wǎng)格點(diǎn)的聯(lián)合信任度是否達到要求。依次類(lèi)推，最終確定所有網(wǎng)格點(diǎn)的待工作節點(diǎn)集合G1，同時(shí)把剩余活躍節點(diǎn)放入待休眠集合X1中。Step4在節點(diǎn)選擇階段，各個(gè)待工作節點(diǎn)還要向感知半徑內的所有鄰居節點(diǎn)廣播Pim消息（包括節點(diǎn)的編號，位置以及信任度）。當收集完信息后，若判斷自己是冗余覆蓋節點(diǎn)，為了避免出現覆蓋盲點(diǎn)，引入了一個(gè)基于信任度的退避機制，每個(gè)待工作節點(diǎn)是否休眠還要等待一個(gè)隨機時(shí)間t,時(shí)間結束后才能確定是否進(jìn)入待休眠狀態(tài)。對于覆蓋相關(guān)節點(diǎn)n1,n2，如果他們的信任度為T(mén)n1,Tn2,則設置定時(shí)器1(1)1max1nnntbTkTTt和(2)2max21nnntbTkTTt。其中n1t,n2t為節點(diǎn)的當前時(shí)間，k為系統的調節參數，可以根據實(shí)際情況設定。
二、退避機制
如果(n1)(n2)tbtbTT，則工作節點(diǎn)的選擇以該節點(diǎn)的編號為準。如果(n1)(n2)tbtbTT，則選擇節點(diǎn)信任度高的作為工作節點(diǎn)。所有待休眠節點(diǎn)確定后先不進(jìn)入休眠狀態(tài)，而是等待其覆蓋范圍內網(wǎng)格點(diǎn)的信任度確定后，根據網(wǎng)格點(diǎn)信任度的大小，才最終決定待休眠節點(diǎn)是進(jìn)入休眠狀態(tài)還是重新調度成為工作節點(diǎn)。將最終確定休眠的節點(diǎn)放入休眠節點(diǎn)集X中，最終確定工作的節點(diǎn)放入節點(diǎn)集G中。Step5網(wǎng)格點(diǎn)感知區域內的所有相關(guān)工作節點(diǎn)對網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行量化處理，得到其信任度Tw。信任度TwTmax，表明網(wǎng)格點(diǎn)感知區域內完成了的可信的高覆蓋度的要求，待休眠節點(diǎn)正式成為休眠節點(diǎn)。信任度TwTmax,這表明網(wǎng)格點(diǎn)感知區域內的覆蓋度沒(méi)有達到信任的高覆蓋的要求，此時(shí)激活網(wǎng)格點(diǎn)感知區域內信任度最高的待休眠節點(diǎn)成為工作節點(diǎn)。將該工作節點(diǎn)加入到網(wǎng)格點(diǎn)信任度的量化過(guò)程中，重新計算信任度。如果信任度達到TwTmax的標準，最終確定休眠節點(diǎn)和工作節點(diǎn)；否則，重復該過(guò)程，直到網(wǎng)格的信任度達到上述要求為止。Step6選定好工作節點(diǎn)，節點(diǎn)調度進(jìn)入第二個(gè)階段：工作階段。執行相關(guān)監控任務(wù)，直到該周期結束。整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的生存周期就是重復以上過(guò)程，直到該網(wǎng)絡(luò )徹底無(wú)法工作。本文所提出的算法中，首先從網(wǎng)絡(luò )內的N個(gè)節點(diǎn)中選出信任值較高節點(diǎn)，然后從中選出節點(diǎn)參與到覆蓋M個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)中去，算法的時(shí)間復雜度為(NM)。
三、討論
使用Matlab7.5作為仿真實(shí)驗平臺對其進(jìn)行實(shí)驗和分析。仿真實(shí)驗環(huán)境為監控區域大小100m×100m，40~200個(gè)節點(diǎn)隨機分布在目標區域內，節點(diǎn)的感知半徑10m和通信半徑為30m。假設該算法信任度的值是文獻中由Ganeriwal-Srivastava提出的基于信譽(yù)的信任管理模型(RFSN)所決的。將本文提出的基于網(wǎng)格信任度的節點(diǎn)自適應輪換調度算法與文獻中的基于信任模型的節點(diǎn)覆蓋調度算法以及文獻中的NodeSelf-Scheduling(NSS)覆蓋算法進(jìn)行性能比較。各自覆蓋率的變化。隨著(zhù)時(shí)間的增加本文所提出算法的覆蓋率變化不大，達到第280輪時(shí)，覆蓋率依然能達到80%以上，而另外兩個(gè)算法都低于了80%。文獻未采用輪換調度算法，節點(diǎn)沒(méi)有很好的調度，能量消耗過(guò)快，所以導致了覆蓋率下降的速度最快。NodeSelf-Scheduling(NSS)覆蓋算法雖然開(kāi)始時(shí)節點(diǎn)利用率和覆蓋率都很高，但是節點(diǎn)在工作過(guò)程中容易遇到突發(fā)狀況，導致整體的覆蓋質(zhì)量下降。本文對的覆蓋算法基于信任管理，對網(wǎng)格點(diǎn)的覆蓋必須達到信任閥值才能確定，所以節點(diǎn)在工作過(guò)程中不容易出狀況。由于對網(wǎng)格點(diǎn)采用的是并行覆蓋方式，就算節點(diǎn)出狀況，還有其他相關(guān)節點(diǎn)來(lái)保證覆蓋質(zhì)量。三種不同算法隨著(zhù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò )運行時(shí)間的增加，各自覆蓋區域安全程度的變化。定義節點(diǎn)安全行為是指不發(fā)生惡意偽裝攻擊和節點(diǎn)老化等問(wèn)題的正確行為。從圖中可以看到，隨著(zhù)時(shí)間的增加本文算法和文獻算法覆蓋區域的安全度并沒(méi)有多大的變化，但是本文算法的安全度更高，這是由于采用了基于網(wǎng)格信任度的聯(lián)合覆蓋機制，提高了節點(diǎn)發(fā)生安全行為的概率，從而要求覆蓋區域必須要有更高的安全度。經(jīng)過(guò)綜合考慮，本文提出的基于網(wǎng)格信任度的可靠覆蓋算法在保證較高的覆蓋質(zhì)量的前提下，更加的安全可靠。三種不同算法隨網(wǎng)絡(luò )運行時(shí)間，各自剩余總能量的變化�？梢钥闯�，文獻的網(wǎng)絡(luò )壽命最短，這是由于所有節點(diǎn)都處于工作狀態(tài)，能量消耗過(guò)快。其他兩種節點(diǎn)都采用了節點(diǎn)輪換調度的方法，防止了能量的過(guò)快消耗。本文算法考慮了節點(diǎn)可能重復覆蓋的問(wèn)題，從而總體的能量消耗更慢，網(wǎng)絡(luò )壽命更長(cháng)。
四、結束語(yǔ)
在節點(diǎn)可信的基礎上，網(wǎng)格點(diǎn)通信范圍內的節點(diǎn)對其進(jìn)行量化，以便達到高覆蓋區域信任度的要求。同時(shí)在算法中采用一種新的基于信任度的退避機制，在避免出現盲點(diǎn)和節約能量的同時(shí)，對工作節點(diǎn)進(jìn)行準確的選擇。仿真實(shí)驗表明，基于網(wǎng)格信任度的節點(diǎn)自適應輪換調度算法，不僅能夠較為精確地保證要求的覆蓋質(zhì)量，而且能夠有效地減少網(wǎng)絡(luò )通信中的出錯率，實(shí)現了網(wǎng)絡(luò )環(huán)境的安全性。為傳感器網(wǎng)絡(luò )高可靠覆蓋技術(shù)和在信任管理框架內的可信傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)進(jìn)一步研究，提供新思路和理論依據。本文針對區域覆蓋的信任管理問(wèn)題，提出了一種基于網(wǎng)格信任度的節點(diǎn)自適應輪換調度算法。在對信任管理框架深入了解的基礎上，首先提出了網(wǎng)格點(diǎn)信任模型。
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