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淺說無線傳感網絡的定義與規避方法論文
一、無線傳感的定義
稱處于網格點感知區域內的傳感器節點為相關節點，其他為不相關節點。即：{/(,)}ijijndnWRsnNij表示網格點相關節點的集合，N為覆蓋區域內所有節點。d(n,Wij)表示節點到網格點的距離，距離小于Rs的節點，放入到集合ij中。無線傳感器節點的通信模型和感知模型都是圓盤模型。以網格點Wij為圓心，半徑為傳感器節點感知半徑Rs的圓形區域，稱為該網格點的感知區域R。對于傳感器節點n1，n2，他們所覆蓋的區域分別為S1，S2，如果S1S2，則傳感器節點覆蓋相關。對處于網格點感知區域R內且不參加調度的休眠節點，用X表示這些節點的集合。同時用G表示參與覆蓋任務的節點集合。為了更好的說明算法實現的過程，現將算法的具體步驟作如下描述：Step1對目標區域進行虛擬網格劃分，同時確定目標區域內所有網格點ijW的位置(x,y)。可以找到網格點相關節點的集合ij。Step2判斷網格點目標區域內所有相關節點的信任度T：若TTmin，則節點被判定為惡意節點，從網格點相關節點集中剔除，不參與任何調度；若TTmin,則節點被判定為活躍節點，放入活躍節點集中，活躍節點集合記為H。Step3為了保證覆蓋過程中，使用盡可能少的節點和保持更高的安全性，延長生命周期。把集合中的節點按照數量從少到多、信任度從高到底的順序放入待工作節點集合G1中。例如，首先把集合H中信任度最高的節點放入G1中，如果該節點的信任度能達到Tmax標準，則該網格點的待工作集合即為此節點；否則，繼續把集合H中最高的節點放入集合G1，判斷網格點的聯合信任度是否達到要求。依次類推，最終確定所有網格點的待工作節點集合G1，同時把剩余活躍節點放入待休眠集合X1中。Step4在節點選擇階段，各個待工作節點還要向感知半徑內的所有鄰居節點廣播Pim消息（包括節點的編號，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，為了避免出現覆蓋盲點，引入了一個基于信任度的退避機制，每個待工作節點是否休眠還要等待一個隨機時間t,時間結束后才能確定是否進入待休眠狀態。對于覆蓋相關節點n1,n2，如果他們的信任度為Tn1,Tn2,則設置定時器1(1)1max1nnntbTkTTt和(2)2max21nnntbTkTTt。其中n1t,n2t為節點的當前時間，k為系統的調節參數，可以根據實際情況設定。
二、退避機制
如果(n1)(n2)tbtbTT，則工作節點的選擇以該節點的編號為準。如果(n1)(n2)tbtbTT，則選擇節點信任度高的作為工作節點。所有待休眠節點確定后先不進入休眠狀態，而是等待其覆蓋范圍內網格點的信任度確定后，根據網格點信任度的大小，才最終決定待休眠節點是進入休眠狀態還是重新調度成為工作節點。將最終確定休眠的節點放入休眠節點集X中，最終確定工作的節點放入節點集G中。Step5網格點感知區域內的所有相關工作節點對網格點進行量化處理，得到其信任度Tw。信任度TwTmax，表明網格點感知區域內完成了的可信的高覆蓋度的要求，待休眠節點正式成為休眠節點。信任度TwTmax,這表明網格點感知區域內的覆蓋度沒有達到信任的高覆蓋的要求，此時激活網格點感知區域內信任度最高的待休眠節點成為工作節點。將該工作節點加入到網格點信任度的量化過程中，重新計算信任度。如果信任度達到TwTmax的標準，最終確定休眠節點和工作節點；否則，重復該過程，直到網格的信任度達到上述要求為止。Step6選定好工作節點，節點調度進入第二個階段：工作階段。執行相關監控任務，直到該周期結束。整個網絡的生存周期就是重復以上過程，直到該網絡徹底無法工作。本文所提出的算法中，首先從網絡內的N個節點中選出信任值較高節點，然后從中選出節點參與到覆蓋M個網格點中去，算法的時間復雜度為(NM)。
三、討論
使用Matlab7.5作為仿真實驗平臺對其進行實驗和分析。仿真實驗環境為監控區域大小100m×100m，40~200個節點隨機分布在目標區域內，節點的感知半徑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提出的基于信譽的信任管理模型(RFSN)所決的。將本文提出的基于網格信任度的節點自適應輪換調度算法與文獻中的基于信任模型的節點覆蓋調度算法以及文獻中的NodeSelf-Scheduling(NSS)覆蓋算法進行性能比較。各自覆蓋率的變化。隨著時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，覆蓋率依然能達到80%以上，而另外兩個算法都低于了80%。文獻未采用輪換調度算法，節點沒有很好的調度，能量消耗過快，所以導致了覆蓋率下降的速度最快。NodeSelf-Scheduling(NSS)覆蓋算法雖然開始時節點利用率和覆蓋率都很高，但是節點在工作過程中容易遇到突發狀況，導致整體的覆蓋質量下降。本文對的覆蓋算法基于信任管理，對網格點的覆蓋必須達到信任閥值才能確定，所以節點在工作過程中不容易出狀況。由于對網格點采用的是并行覆蓋方式，就算節點出狀況，還有其他相關節點來保證覆蓋質量。三種不同算法隨著整個網絡運行時間的增加，各自覆蓋區域安全程度的變化。定義節點安全行為是指不發生惡意偽裝攻擊和節點老化等問題的正確行為。從圖中可以看到，隨著時間的增加本文算法和文獻算法覆蓋區域的安全度并沒有多大的變化，但是本文算法的安全度更高，這是由于采用了基于網格信任度的聯合覆蓋機制，提高了節點發生安全行為的概率，從而要求覆蓋區域必須要有更高的安全度。經過綜合考慮，本文提出的基于網格信任度的可靠覆蓋算法在保證較高的覆蓋質量的前提下，更加的安全可靠。三種不同算法隨網絡運行時間，各自剩余總能量的變化。可以看出，文獻的網絡壽命最短，這是由于所有節點都處于工作狀態，能量消耗過快。其他兩種節點都采用了節點輪換調度的方法，防止了能量的過快消耗。本文算法考慮了節點可能重復覆蓋的問題，從而總體的能量消耗更慢，網絡壽命更長。
四、結束語
在節點可信的基礎上，網格點通信范圍內的節點對其進行量化，以便達到高覆蓋區域信任度的要求。同時在算法中采用一種新的基于信任度的退避機制，在避免出現盲點和節約能量的同時，對工作節點進行準確的選擇。仿真實驗表明，基于網格信任度的節點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量，而且能夠有效地減少網絡通信中的出錯率，實現了網絡環境的安全性。為傳感器網絡高可靠覆蓋技術和在信任管理框架內的可信傳感器網絡技術進一步研究，提供新思路和理論依據。本文針對區域覆蓋的信任管理問題，提出了一種基于網格信任度的節點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，首先提出了網格點信任模型。
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