基于多粒度拓扑图的WSN逐级精化溯源方法

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无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)中节点种类多、体积小、功耗低,且容易受外界环境的影响,因此通常需要对基站(BaseStation,BS)接收到的数据进行可信性评估。WSN 中的溯源(Provenance)记录了数据的产生及其传输过程,是评估接收数据可信度的重要依据。  在大规模WSN中,随着数据传输跳数的增加,Provenance的数据量会越来越大,这不仅会消耗节点有限的能量,而且在某些极端情况下会导致数据包的容量过载,因此研究人员提出了 Provenance 的分段传输方法。但此类方法要求Provenance的分段必须全部准确到达BS之后才能实施解码。  鉴于此,为了解决传统分段方法的不足,本文提出一种基于多粒度拓扑图的WSN 逐级精化溯源方法,基本思想是:将 WSN 拓扑图按照某种规则划分成多级粒度组成的抽象拓扑图,并在不同粒度上进行Provenance分段传输,这样 BS可根据已经接收的Provenance分段在较粗粒度上解码出Provenance,然后运用后继到达的分段以增量的方式逐级细化解码的粒度,直至获得精确的结果。本文的主要工作如下:  (1)提出了一种基于多粒度拓扑图的 WSN 逐级精化溯源方法,首先使用信息熵定义等价关系,然后通过计算节点之间的互信息将WSN的拓扑图递归划分成多个不同粒度的抽象拓扑图。  (2)在WSN多粒度抽象拓扑图中,由粗到细逐级、增量传输Provenance,设计并实现了基于多粒度的字典编码方法压缩 Provenance。由此,提高了Provenance的平均压缩比。同时,也讨论了WSN拓扑图动态变化时的处理方法。  (3)在TinyOS-2.1.2系统下分别完成了TOSSIM仿真和基于PowerTOSSIMz的能量仿真,并在ZigBee硬件节点上完成了相应的硬件组网实验。  理论分析和实验数据均表明,与传统分段方法相比,本文方法有效弥补了现有Provenance分段传输方法的不足,而且具有更高的Provenance压缩比,能有效的减少WSN的能量消耗。
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