無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)中安全和可靠的數(shù)據(jù)收集算法.pdf

1、無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)(WSN)作為當(dāng)前通過(guò)網(wǎng)絡(luò)收集數(shù)據(jù)的主要方式，具有高效、節(jié)約等特點(diǎn)，逐漸成為研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。但是由于受到傳感節(jié)點(diǎn)的硬件條件，網(wǎng)絡(luò)資源等客觀條件的限制，WSN在收集數(shù)據(jù)的過(guò)程中通常會(huì)受到各種因素的干擾，從而有可能會(huì)影響數(shù)據(jù)的安全性和準(zhǔn)確性?，F(xiàn)有研究表明，在WSN中存在大量針對(duì)數(shù)據(jù)發(fā)起的各種攻擊，主要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行竊取或者破壞。因此考慮到數(shù)據(jù)的安全性，需要對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密，但是加密計(jì)算會(huì)增加節(jié)點(diǎn)的計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)，降低網(wǎng)絡(luò)通信的效率，而

2、基于壓縮傳感的數(shù)據(jù)收集方式可以降低網(wǎng)絡(luò)通信的開(kāi)銷(xiāo)，從而適合用于數(shù)據(jù)加密的傳輸方式。與此同時(shí)，由于原始傳感數(shù)據(jù)通常會(huì)有明顯的丟失和異常，收集到的數(shù)據(jù)是否完整和準(zhǔn)確也越來(lái)越受到關(guān)注，而現(xiàn)在的研究主要考慮的是在沒(méi)有數(shù)據(jù)異常的情況下對(duì)隨機(jī)丟失數(shù)據(jù)的修復(fù)，而且也沒(méi)有研究如何處理連續(xù)丟失的數(shù)據(jù)。因此，本文圍繞這兩大問(wèn)題，展開(kāi)深入研究，本文的主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1.針對(duì)WSN中數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩詥?wèn)題，基于壓縮數(shù)據(jù)收集和同態(tài)加密函數(shù)設(shè)計(jì)了一

3、種保護(hù)數(shù)據(jù)隱私的數(shù)據(jù)傳輸方案。該方案在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中采用壓縮數(shù)據(jù)收集方法，并且使用同態(tài)加密函數(shù)在壓縮編碼后的傳感數(shù)據(jù)上進(jìn)行加密，該方案能夠提供兩種重要的隱私保護(hù)，流量的不可追蹤性和消息的機(jī)密性，有效地防止了流量分析攻擊。最后的實(shí)驗(yàn)仿真和安全性分析表明，該方案不僅能保護(hù)數(shù)據(jù)的安全性和機(jī)密性，還能降低計(jì)算和通信開(kāi)銷(xiāo)，高效地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
　　2.針對(duì)WSN中收集到的數(shù)據(jù)可能存在連續(xù)的丟失和異常問(wèn)題，本文提出一種基于矩陣填充的方法來(lái)重建

4、連續(xù)丟失和異常的數(shù)據(jù)。通過(guò)分析來(lái)自中國(guó)株洲市196個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)的大量氣象數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，氣象數(shù)據(jù)具有低秩性，時(shí)間穩(wěn)定性和空間相關(guān)性。而且，通過(guò)對(duì)真實(shí)氣象數(shù)據(jù)的仿真發(fā)現(xiàn)，在使用傳統(tǒng)的矩陣填充對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行填充時(shí)，連續(xù)丟失和異常數(shù)據(jù)不僅會(huì)嚴(yán)重影響丟失數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)的恢復(fù)，甚至?xí)廴菊?shù)據(jù)的恢復(fù)?；谶@種現(xiàn)象，本文提出了一個(gè)新的基于主成分分析(PCA)的方案來(lái)有效地檢測(cè)異常數(shù)據(jù)的存在，而且進(jìn)一步提出了基于矩陣填充的兩階段數(shù)據(jù)恢復(fù)方案，也就是兩階段矩陣填