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智能家居设计方案论文开题报告

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智能家居设计方案论文开题报告

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智能家居控制系统的设计与实现 [2009-03-18 06:41] ;;; 摘要:介绍了以PC(个人计算机)、MCU(单片机AT89C52)、双音多频编解码集成电路MT8880C、语音录放芯片ISD4004和无线数据收发芯片nRF401为核心,通过现有的电话网络终端或者互联网网络终端实现远程控制的智能家居系统,给出了该系统的电路原理和办硬件设计与实现方法。;;; 关键词:远程控制 双音多频 网络通讯 无线通讯 家庭自动化21世纪是信息化的世纪,各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步。数字化家居控制系统的出现使得人们可以通过手机或者互联网在任何时候、任意地点对家中的任意电器(空调、热水器、电饭煲、灯光、音响、DVD录像机)进行远程控制;也可以在下班途中,预先将家中的空调打开、让热水器提前烧好热水、电饭煲煮好香喷喷的米饭……;而这一切的实现都仅仅是轻轻的点几下鼠标,或者打一个简单的电话。此外,该系统还可使家庭具有多途径报警、远程监听、数字留言等多种功能,如果不幸出现某种险情,您和110可以在第一时间获得通知以便进一步采取行动。舒适、时尚的家居生活是进步的标志,智能家居系统能够在不改变家中任何家电的情况下,对家里的电器、灯光、电源、家庭进行方便地控制,使人们尽享高科技带来的简便而时尚的现代生活。1系统的总体结构及工作过程智能家居系统由系统主机、系统分机、Internet服务器和网络接口等部分组成。其中系统主机通过服务器(个人)连入Internet,并通过自己的PSTN�公用电话交换网接口电路连入PSTN。其结构图如图1所示。主机与分机通过无线传输组成星形拓扑结构。系统主机通过本地无线传输网络同系统分机进行通讯、传输控制命令和反馈信息。该系统正常工作时,用户可以通过screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;>Internet和PSTN两种网络进行访问,当通过Internet访问时,本系统可提供一个界面友好的终端软件,用户只需登陆到运行在家中的服务器即可对家中的设备进行远程控制;当通过PSTN访问时,本系统将为用户提供语音操作界面。其工作流程如图2所示。2系统的硬件构成本系统的硬件主要有系统主机与系统分机两大部分。系统主机由单片机AT89C52和各种接口电路组成,如图3所示。系统分机由单片机AT89C52和各种接口电路、传感器单元电路、固态继电器控制电路组成,并由固态继电器控制具体设备,具体硬件组成框图如图4所示。通过系统主机的各种接口电路可将主机CPU从繁忙的计算中解脱出来,以便把主要精力运用在控制和信息传递上。系统主机主要依照各个功能电路的输出结果进行判断和控制命令的输出。系统分机的各种接口电路和主机相似,只是根据设备的不同(传感器单元)有着细节上的变化。下面主要介绍系统主机的各种接口电路。2.1 nRF401 无线数据传输电路无线数据传输电路由Nordic公司的单片UHF无线数据收发芯片nRF401及其外围电路构成。nRF401采用FSK调制解调技术,其工作效率可达20kbit/s,且有两个频率通道供选择,并且支持低功耗和待机模式。它不用对数据进行曼彻斯特编码,其天线接口设计为差分天线,因而很容易用PCB来实现。screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;>;;; 2.2 看门狗电路看门狗电路由MAX813L及其外围元件组成。通常,在单片机的工作现场,可能有各种干扰源。这些干扰源可能导致程序跑飞、造成死机或者程序不能正常运行。如果不及时恢复或使系统复位,就容易造成损失。看门狗电路的作用就是在程序跑飞或者死机时,能有效地使系统复位以使系统恢复正常运转。因此,在程序中定期给P1.5送入看门狗信号,就可以保证在程序运行异常时,由MAX813L使单片机复位。2.3 DS1307时钟接口电路DS1307时钟芯片是美国DALLAS公司生产的I2C总线接口实时时钟芯片。DS1307可以独立于CPU工作,它不受晶振和电容等的影响,并且计时准确,月积累误差一般小于10秒。此芯片还具有掉电时钟保护功能,可自动切换到后备电源供电。同时还具有闰年自动调整功能,可以产生秒、分、时、日、月、年等数据,并将其保存在具有掉电保护功能的时间寄存器内,以便CPU根据需要对其进行读出或写入。由于单片机AT89C52没有I2C总线接口,因此,要驱动DS1307,就必须采用单主机方式下的I2C总线虚拟技术。在此方式下,以单片机为主节点(主器件),主器件永远占有总线而不出现总线竞争,且可以用两根I/O口线来虚拟I2C总线接口。I2C总线上的主器件(单片机)可在时钟线(SDL)上产生时钟脉冲,在数据线(SDA)上产生寻址信号、开始条件、停止条件以及建立数据传输的器件。任何被选中的器件都将被主器件看成是从器件。在这里,DS1307作为I2C总线的从器件。I2C总线为同步串行数据传输总线,其内部为双向传输电路,端口输出为开漏结构,因此,需加上拉电阻。2.4 MT8880C双音频编解码电路由于单片机是通过MT8880C芯片得到PSTN网络的双音频信号解码输出,也就是说,单片机可以识别来自PSTN网络的控制信号,用户可以根据系统的语音提示进行按键选择以实现用户身份的识别与远程控制。因此,利用MT8880C的双音频编码功能,系统可以在紧急时刻将用户预置的紧急电话打到PSTN网络,从而把损失减少到最低。2.5 ISD4004语音录放电路ISD4004是美国ISD公司生产的一种语音录放芯片。它可录制8~16分钟的语音信号。该芯片可提供SPI标准接口和单片机进行接口,其语音的录放控制均通过单片机来实现。该芯片的一个最大特点是可以按地址编程录放,因而可由ISD4004和单片机编程控制来构系统与PSTN网络用户的语音平台。由于ISD4004的INT和RAC脚输出为开漏结构,因此需要加上拉电阻。screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;>2.6 MAX202串行通讯电路通讯电路可由串行通讯专用芯片MAX202组成,通过此电路可以方便地与PC机进行串行通讯。2.7 铃流检测与摘挂机控制电路当系统被呼叫时,电话交换机发出铃流信号。振铃为25±3V的正弦波,失真小于10%,电压有效值为90±15V。振铃信号以5秒为周期,即1秒送,4秒断。由于振铃信号电压比较高,所以先要通过高压稳压二极管进行降压,然后输入至光耦。再经光耦隔离转换后,从光耦输出时通时断的正弦波,最后经RC回路进行滤波以输出标准的方波。该方波信号可以直接输出至单片机的定时器1进行计数,以实现对铃流的检测。由于程控电话交换机在电话摘机时电话线回路电流会突然变大(约30mA),因此,交换机检测到回路电流变大就认为电话机已经摘机。自动摘挂机电路可以通过单片机的P1.7来控制一个固态继电器,固态继电器的控制端应连接一个大约300Ω的电阻后再接入电话线两端,从而完成模拟摘挂机。3系统软件编制本系统软件主要由系统主机和系统分机的C51程序和系统与Internet网络通讯程序组成。3.1 系统主机程序的编制系统主机程序主要用于实现系统的总体功能。包括无线数据传输程序、看门狗程序、时间戳程序、双音频编解码程序、语音录放程序、串行通讯程序、铃流检测与摘挂机控制程序、系统初始化程序、意外事件处理程序等。程序编制以消息驱动为主导思想。消息由计数器中断1、外部中断0和串行中断产生,在中断服务程序中,应将相应的状态位置位,而在消息循环中则应按相应的状态位调用功能函数,然后由功能函数将相应的状态位清0并完成所需功能,并最后返回到消息循环中。其程序流程如图5所示。该系统的分机程序和主机类似,故此不再详述。screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;>3.2 系统与Internet网络通讯程序的编制这部分通讯程序分为服务器和客户端两个程序,主要通过Internet网络完成用户的控制功能。服务器程序主要完成客户端与系统主机通讯的中转,即将客户端发来的控制或者查询命令成系统主机能识别的格式,或者将系统主机收到的报警等信息上传到客户端。服务器程序使用Socket与客户端进行Internet通讯。客户端程序是运行在远端用户的控制界面,主要用于完成家居内状态的显示以及对家居内电器的远程控制,同时使客户端直接连接到服务器。4结论本系统充分利用了现有的网络资源。通过在实际电话网络和Internet网络中的试运行证明:该系统能够达到设计初期的各项要求。相信将在信息家电、智能小区等方面得到广泛应用。

今我国的智能化家居设计在10年内经历了摸索阶段,正大步踏入创新阶段。家居的智能化对我们日常生活的各方面都产生不同层面的影响,然而我国的家居智能化设计的普及面还是比较窄,而且对智能化的本质上了解不足。

小型智能家居设计论文开题报告

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很简单啊,百度一下绝明毕设,上面送大量答辩技巧,而且上面有大量的毕业设计论文

智能家居系统设计方案毕业论文

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创导智能新生活—智能家居DIY方案随着科技的发展及人们生活水平的不断提高,居住环境的改善备受关注,家庭生活中每个成员的舒适、安全与便利的需求越来越受到开发商的重视。智能家居是以住宅为平台,兼备建筑设备、网络通信、信息家电和设备自动化,集系统、结构、服务、管理为一体的智能化控制系统,该系统可满足并实现高效、舒适、安全、便利、环保的人文居住环境。随着家居智能化的快速兴起,现代家居中的监视、对讲、安防、管理及控制等更多地功能被集成应用,从而使得可视对讲、家庭安防到家居的灯光、电器的智能控制,子系统越来越多、线路日趋复杂。在满足不断增长的功能需求的同时,提高系统的集成度,进一步提升系统的性价比,使安装及维护工作更为简单化,并能保证很好的灵活性,是现代家居智能化的发展趋势。深圳市麦驰智能技术有限公司推出的“未来之家”家庭智能终端,它采用触摸屏,集成了可视对讲、访客图像拍照功能、更为强大的家庭安防、自动抄表功能,小区短信、物业报修等服务,适应了这一需求,麦驰智能家居系统特点:l 功能更为完整、系统集成度更高l 性价比优越l 分布式控制总线使系统扩展灵活、故障分散l 模块化结构设计能满足各类用户的需求l 语音提示使系统更具人性化l 五种操作方式使操作更为简单、快捷l 控制线路简单、施工成本低智能家居DIY方案:本项目为一套2室2厅,室内建筑格局为:客厅、餐厅、厨房、次卧、主卧、卫生间、阳台,如图1所示:针对业主对智能家居控制系统的实际需求,我们的设计充分考虑了照明、家电、电动窗帘、娱乐控制的一体化的体验,同时结合了家庭的安全性要求。该控制系统由系统终端主机、各种智能模块、传感设备、精密机械设备等组成。系统充分体系了以高科技打造舒适、安全、便捷的人居环境。系统原理图 如2所示:总体方案设计:1. 入口走廊及客厅:l 入口大门安装1对门磁探测器,玄关处墙上安装1台彩色可视“未来之家”终端设备。l 入口处安装3个3键智能灯光控制模块,分别控制走廊灯、客厅的电视墙射灯和吊顶灯调光和开/关客厅电动窗帘、阳台灯。l 客厅放置一个无线遥控器,可以实现对室内所有的灯光和家电进行控制。l 在电视、空调等设备容易接收到红外信号地方安装1个红外控制模块,红外模块和被控家电无阻挡物。l 客厅阳台入口安装1个红外探测器用于探测非法闯入者从阳台进入时,形成一道非法入侵报警防线。客厅沙发旁安装1个紧急求救按钮。按键控制:l 在出门前一键控制开关所有灯光、电器。l 情景模式:一键控制客厅灯、走道灯及辅助灯光设备亮度100%、窗帘打开无线控制:l 在客厅可以运用遥控器遥控家里所有的灯光和家电设备:例如,你也可以坐在沙发上,动动手指头,就可以轻松控制家里的灯光及控制各种场景。例如:影院模式:客厅灯光设备亮度调暗到30%。营造室内灯光舒适的氛围。“未来之家”智能终端控制l 当你在离家出门前,在彩色可视智能终端上设置“离家布防”让安防系统启用进入到布防状态,当主人离开房间布防延时结束后。家中所有的灯光和电器关闭、厨房机械手自动将煤气阀门关闭,家中所有的感应探测设备进入到警戒状态。l 你可以在智能终端触摸显示屏菜单中点击设备名称来开启灯光和电器。l 定时控制模式:可以按照生活起居习惯设定智能系统的状态。例:业主度假,每天一定时间规定区域灯按时开启按时熄灭。同时也可打开卫生间和厨房排气扇对室内空气换气。l 电话远程控制:在炎热的夏季或瑟瑟的冬天,你可以通过电话进行远程家电设备操作,在到家前提前将家中的空调打开。感应探测器联动灯光和家电控制:l 夜间回家推开家门时,玄关灯会以渐亮的方式自动打开。l 紧急情况下,例如安防系统探测到客厅红外或大门门磁入侵信号时,该设备可以自动拨出6个不同号码,然后按照预设的程序,通过发出报警或迅速开启相应灯光及窗帘,对入侵者起到阻吓的作用。2、餐厅及厨房l 餐厅安装1个3键智能灯光控制模块,控制餐厅灯具的调光和情景模式。l 厨房安装1个3键智能灯光控制模块,控制厨房灯具和排风抽烟机。l 厨房安装1个智能插座模块控制厨房家电。l 厨房安装1个煤气探测器和1个机械手。功能描述:l 就餐时,可以通过遥控器上的情景键或在餐厅的3键模块操作一个按键即可达到预先设定的就餐场景。l 厨房3键开关按钮可对厨房内的灯和排风扇、插座进行控制。l 通过电话远程打开厨房设备。例:电饭煲;l 通过智能终端机设定的定时控制模式,按照系统设定的时间自动打开排风扇对厨房排风换气。l 如厨房煤气泄漏达到一定浓度时,煤气探测器感输出报警信号,同时通过机械手自动将煤气管道阀门关闭。3、次卧l 次卧室内门口和床头各安装1个3键智能灯光控制模块,控制灯具的调光和开关、情景模式。l 安装1个紧急求救按钮功能描述:l 就寝模式:按下床头3键智能灯开关模块上的“关”按键,所有灯光关闭。l 起夜模式:半夜要夜起时,只要按一下床头3键灯光模块的一个按钮,通往洗手间的全部灯光会柔和的亮起,既方便你的行动又不用担心影响家人。l 紧急情况下,按下紧急按钮系统自动将报警信息输入,并自动拨出6个不同号码。4、主卧l 主卧室内门口和床头各安装1个3键智能灯光控制模块,控制灯具的调光和开关、情景模式。l 放置一个无线遥控器,可以实现对室内所有的灯光和家电进行控制。l 安装1个紧急求救按钮功能描述:l 就寝模式:按下遥控器上的起夜模式键或按下床头3键智能灯光模块一个按键,所有灯光关闭。l 起夜模式:当你半夜要夜起时,只要按一下遥控器上的“夜起”按钮,那么l 通往洗手间的灯光会柔和的亮起,你再也不用担心影响你的家人休息了。l 紧急情况下,按下紧急按钮系统自动将报警信息输出,并自动拨出6个不同号码。5、卫生间l 安装1个3键智能灯光控制模块,控制灯具的灯光和排气扇l 安装1个无线接收模块,接收无线遥控器灯光电器控制指令。功能描述:l 卫生间3键开关按钮可对卫生间内的灯和排风扇进行控制。l 通过智能终端机设定的定时控制模式,按照系统设定的时间自动打开排风扇对卫生间的异味排风换气。灯光电器多控制方式组合:1.按键控制:通过智能灯光控制模块的按键和智能插座上的按键可控制相应的灯光电器。2. 智能终端控制:通过智能终端的触摸屏可控制系统的各种灯光电器。3. 遥控器控制:通过遥控器可控制系统的各类灯光电器。4. 电话远程控制:通过电话实现远程灯光电器控制。若晚上家中无人时可通过电话打开家中的灯光电器,以使人有“家中有人”的感觉,具有隐性安防功能。5. 网络控制:可通过互联网进行控制(必须开通网络业务)。系统组成设备:n“未来之家”智能终端:安防报警、家电控制、可视对讲集成一体化机Ø 触摸屏及感应按键操作;Ø 功能完善,集成度高,综合成本低;Ø 一体化结构,整体美观,安装方便;Ø 控制方式多,人性化语音提示,操作方便;Ø 与红外模块联动,实现灯光智能化控制,实现“人来灯亮、人走灯熄”;Ø 编程方式多样,住户可通过“未来之家”智能终端随意设置不同的定时控制; n智能灯光控制模块 CR-Bus总线兼容可编程设备 按钮可用于开关控制、开关切换、调光和场景控制。 多种按键形式可供选择 输出具有淡入淡出功能技术参数: 工作电压:18VDC 工作电压:40mA—100mA 开关输出:250V/50Hz 调光回路:300w 开光回路:600w 调光级数:256 安装底盒尺寸:76mm×76mm×80mmn 智能插座模块Ø CR-Bus总线兼容可编程设备Ø 一个输入按钮可用于插座通断控制。技术参数:Ø 工作电压:18VDCØ 工作电压:40mA—70mAØ 输出电源:15An 红外自学习控制模块Ø CR-Bus总线兼容可编程设备Ø 具有自学习功能,能对空调、电视机、影碟机及电动窗帘等具有红外接口有设备进行控制技术参数:Ø 工作电压:18VDCØ 工作电流:32mAØ 载波频率:38kHz和 33kHz可切换Ø 通道数:3个Ø 通道一:可学习空调开、关、摆页、换气等四个动作。Ø 通道二:可学习电视机换台(+)、换台(-)、选台(+)、选台(-)、关、静音、TV/AV、直接选台等八个动作Ø 通道三:可学习影碟机的选歌、音量、关、播放等八个动作,或窗帘的外帘开关、内帘开关、停止、等八个动作Ø 遥控距离:≤7mØ 遥控夹角:≤120°Ø 安装底盒尺寸:76mm×76mm×65mmn 无线接收模块Ø CR-Bus总线兼容可编程设备Ø 无线控制无方向性技术参数:Ø 工作电压:18VDCØ 工作电流:46mAØ 室内最远接收距离:≤50mØ 可使用遥控器数量:5×8个Ø 载波频率:433MHzØ 安装底盒尺寸:76mm×76mm×65mmn 无线遥控器Ø 功能齐全、外形精巧、美观。Ø 集成了空调、电视、影碟及电动窗帘等电器的控制功能Ø 能实现多种场景模式的控制Ø 每户可使用5×8个遥控器

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智能家居官网论文开题报告

在信息化技术不断发展的新形式下,智能化家居已经获得了突飞猛进的发展,未来也将成为家居领域的主要发展趋势。智能家居系统是人们的一种居住环境,其主要以住宅为平台同时结合智能家居控制系统,利用综合布线技术、网络通信技术、自动控制技术、音视频技术将日常生活中的家居硬件设备构建成可通过手机实现一键式的智能控制管理系统。智能家居系统让您轻松享受生活,出门在外,用户可以通过电话、电脑来远程遥控用户的家居各智能系统。本论文是以“智能家居系统”项目为基础,结合移动互联网技术,实现对智能家居硬件进行实时控制的手机软件的设计。移动互联网技术和安卓手机系统是本设计的主要组成部分,本文研究的这款智能家居APP充分突出了在移动互联网技术发展成熟的环境下,智能家居控制系统在人们日常生活中体现出的舒适性、便捷性、安全性、稳定性以及实时性。本文第一部分主要对智能家居APP开发的背景及意义进行详细的阐述。第二部分对本次系统开发过程中所要用到的相关技术和设备进行详细的介绍,主要包括消息推送技术、语音识别技术以及传感器的性能分析和选择。第三部分是基于实际走访调查,对目前市场中智能家居APP的应用需求进行分析同时对系统整体性进行设计,主要针对系统的功能特性、系统模块、WIFI通信模块以及蓝牙和短信模块的设计。第四部分主要是基于系统的整体需求和用户实际需求对APP的各项功能的实现进行测试和改进,其中主要对APP系统功能总体模块的运行、信息服务模块、数据查询模块、设备管理模块的最终功能实现进行测试,最后对整个APP功能进行测试与运行,不断完善APP的功能,同时也对系统异常情况的处理进行了阐述与分析,并且给出了解决方案。这次的APP设计主要运用了软件工程的开发思想和数据库设计实现了通过手机APP配合移动互联网技术对智能家居硬件的远程和语音控制,不论是本次智能家居系统的开发理念还是设计思想,在今后的智能系统开发中将会起到一定的参考价值,本设计使用户的生活起居更加具有科学性,能够大大降低生活中因为人们自身疏忽而导致的潜在危险的发生概率。同时也将一批原来被动静止的家居设备转变为具有“智慧”的工具,提供全方位的信息交换功能,帮助家庭与外部保持信息交流畅通,优化用户的生活方式,帮助用户有效地安排时间,并为家庭节省能源费用支出,同时也增加了生活乐趣

智能家居是系统性的产品,主要有控制器和执行器组成。其中该系统的通讯模式、系统构架、系统功能等是关键的。市场主流智能家居产品的通讯模式大概有10多种。其中不乏各种国际标准和国家标准的。所以,你断难取舍源自你题目太大而无法落地。我建议你采用Zigbee方式做家居内的I/O控制,有成熟的250KZigbee解决方案,如果你水平高,可以尝试做1MZigbee的I/O+简单音视频智能家居系统。论文好办,解决了物理模型后,直接把解决方案中的芯片介绍60%+你的开发感受40%写进去即可。补充说明:简易智能联动控制产品设计,我推荐你做“人体红外感应”,可广泛应用于走道、玄关、卫厨、衣柜等处灯光甚至设备开关控制。资料、IC、方法等可以百度“电子设计 KT-0003”,20块钱1个。 如果能将433Mhz的无线收发(市面很多解决方案,关键是这种融合的思路是一种创新)做进去,还能实现逻辑联动1拖多。

今我国的智能化家居设计在10年内经历了摸索阶段,正大步踏入创新阶段。家居的智能化对我们日常生活的各方面都产生不同层面的影响,然而我国的家居智能化设计的普及面还是比较窄,而且对智能化的本质上了解不足。

随着个人素质的提升,需要使用报告的情况越来越多,报告具有成文事后性的特点。写起报告来就毫无头绪?下面是我整理的硕士论文开题报告,仅供参考,欢迎大家阅读。

课题名称:基于信任管理的WSN安全数据融合算法的研究

一、立论依据

课题来源、选题依据和背景情况、课题研究目的、理论意义和实际应用价值。

1、课题来源。

国家自然科学基金资助项目(60873199)。

2、选题依据。

无线传感器网络具有硬件资源(存储能力、计算能力等)有限,电源容量有限,拓扑结构动态变化,节点众多难于全面管理等特点,这些特点给理论研究人员和工程技术人员提出了大量具有挑战性的研究课题,安全数据融合即为其一。虽然目前的研究已经取得了一些成果,但仍然不能满足应用的需求。无线传感器网络是以数据为中心的网络,如何保证其数据融合的安全性还是一个有待解决的问题。基于此,提出了本课题的研究。

3、背景情况。

微电子技术、计算技术和无线通信等技术的进步,推动了低功耗多功能传感器的快速发展,使其在微小体积内能够集成信息采集、数据处理和无线通信等多种功能。无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息,并发送给数据处理中心或基站。传感器网络被广泛的应用于军事、环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑物状态监控、复杂机械监控、城市交通,以及机场、大型工业园区的安全监测等领域。

传感器网络由大量传感器节点组成,收集的信息量大,存在冗余数据。传感器节点的计算能力、存储能力、通信能量以及携带的能量都十分有限,数据融合就是针对冗余数据进行网内处理,减少数据传输量,是减少能耗地重要技术之一。传感器网络中,将路由技术与数据融合技术结合是一个重要的问题。数据融合可以减少数据量,减轻数据汇聚过程中的网络拥塞,协助路由协议延长网络的生存时间。因而可以数据为中心的路由技术中应用数据融合技术。在战场等非可信环境或对可靠性要求非常高的环境中,数据融合也带来了风险。例如,敌人可以俘获节点获取节点中的所有信息,从而完全控制节点的行为,伪造和篡改数据。传统网络中的安全技术需要大量的存储空间和计算量,不适合能量、计算能力、存储空间都十分有限的传感器网络。因此必须设计适合传感器网络具有较强安全性的数据融合技术。

4、课题研究目的。

通过对无线传感器网络安全数据融合技术的研究,消除传感器中存在的、大量冗余数据,有效节省传感器节点能量消耗,延迟节点和网络的工作寿命,在有节点被捕获成为恶意节点情况下,及时检测恶意节点,消除恶意节点发送的恶意数据对数据融合的不良影响,保障了传感器网络数据融合过程的可靠性,维护传感器网络的正常工作。

5、理论意义。

无线传感器网络安全技术的研究涵盖了非常多的研究领域,安全数据融合技术是其中一个重要研究课题。本文把信任管理机制加入到传感器网络安全数据融合过程中,研究设计一种传感器节点信任值的计算方法,有效识别节点状态,实现可靠的数据融合。

6、实际应用价值。

对于工作在敌方环境中的无线传感器网络,传感器节点容易被地方捕获成为恶意节点,节点内存储的密钥等加密暴露,导致传统的基于加密和认证的无线传感器网络安全措施失效,在这种情况下,本研究可以可以及时识别恶意节点,保证传感器网络数据融合的可靠性,有效减少网络负载,延长网络工作寿命。

二、文献综述

国内外研究现状、发展动态;所阅文献的查阅范围及手段。

1、国内外研究现状、发展动态。

传感器网络与众不同的特点导致传感器网络与传统网络有极大不同。传感器网络的安全数据汇聚是要解决加密传输和数据汇聚的协调问题,实现数据的安全处理和传输。传统有线网络和无线网络的安全技术并不适用于传感器网络,这吸引了众多研究人员研究适合传感器网络的安全技术,并且提出了许多适合传感器网络的安全技术。安全数据融合算法是WSN安全性研究的重要方面,一直以来受到研究人员的重视,并取得了一定的研究成果。目前已有的研究成果如下:

(1)PerrigA等人提出了一种有效的WSN数据加密方法和广播认证方法,为WSN安全性研究作出了基础性工作。

(2)CAMH等人提出了一种基于模式码的能量有效安全数据融合算法,算法用簇头节点通过自定义的模式码的选取来组织传感器节的发送冗余数据实现数据融合,并且使用同态加密体重保证了数据在传输过程中的机密性。改方法对于每类数据类型需要保存和维护一个查找表,一旦查找表信息暴露,该安全方案将会失效。

(3)PrzydatekB等人提出的基于数据统计规律的数据融合算法,算法使用高效的`抽样和迭代的证明来保证有多个恶意节点发送错误数据的情况下,保证基站能够判定查询结果的准确性。但是该方法对于每种聚集函数都需要一个复杂的算法,为证明数据准确性,聚集节点需向基站发送大量参数,能量消耗太大。

(4)MahimkarA等人研究在WSN中使用椭圆曲线密码实现数据加密和安全数据融合。但是在传感器节的十分有限的情况下,使用公钥密码体系使节点能量消耗更加迅速,缩短网络的寿命。

WSN的信任管理是在WSN管理的基础上提出的,主要研究对节点进行信任值评估,借助信任值增强WSN的安全性。传统的基于密码体系的安全机制,主要用来抵抗外部攻击。假如节点被捕获,节点存储的密钥信息将泄漏,使密码体系失效。WSN信任管理作为密码体系的补充可以有效的抵抗这种内部攻击。将信任管理同WSN的安全构架相结合,可以全面提高WSN各项基础支撑技术的安全性和可靠性。

近年来,WSN信任管理受到了越来越多的关注,取得了一定的研究成果。

(1)Ganeriwal等人提出的RFSN是一个较为完整的WSN信任管理系统,该模型使用直接信息和坚决信息来更新节点的信誉,节点根据得到的信誉信息来选择是否和其他节点合作。可以建立仅由可信节点组成的网络环境。

(2)Garth等人中将信任管理用于簇头选举,采取冗余策略和挑战应答手段,尽可能的保证选举出的簇头节点为可信节点。

(3)Krasniewski提出了TIBFIT算法将信任用于WSN容错系统,把信任度作为一个参数融入到数据融合的过程中,提高对感知事件判断的准确率,其提出的信任度计算方法比较的简单。

无线传感器网络需要采取一定的措施来保证网络中数据传输的安全性。就目前的研究来看,对无线传感器网络安全数据融合技术和信任管理机制都取得了一些研究成果,但是如何使用信任管理机制保证安全的数据融合的研究并不多见,许多问题还有待于进一步深入研究。

2、所阅文献的查阅范围及手段。

充分利用校内图书馆资源、网络资源以及一些位于科技前沿的期刊学报。从对文献的学习中掌握足够的理论依据,获得启发以用于研究。

三、研究内容

1、研究构想与思路。

在本项目前期工作基础上建立WSN三级簇结构模型,节点分为普通节点,数据融合节点(免疫节点),簇头节点。在常规加密算法的基础上完成节点身份认证,通过消息认证码或数字水印技术保证传感器节点传送数据的真实性。上级节点保存下级节点的信任值,信任度的计算建立在传送数据的统计分析之上。节点加入网络后先初始化为一定的信任值,每轮数据发送时,接收节点收集数据后,量化数据的分布规律,主要包括单个节点历史数据分布规律和节点间数据差异的分析,确定数据分布模型(如正态分布、beta分布等),建立计算模型以确定节点间的信任值。信任值确定后,数据融合节点将普通节点按照不同的信任度进行分类,选取可信节点传送的数据按查询命令进行数据融合,将结果传送到簇头。簇头同样计算融合节点的信任度,保证数据融合节点的可靠性,计算最终数据查询结果,使用Josang信任模型给出结果的评价。各数据融合节点之间保持通信,通过对比数据的一致性确保簇头节点的可靠。

2、主要研究内容。

(1)设计有效的节点信任值计算方法,网络工作一段时间后,所有正常节点具有较高信任度,异常节点具有较低信任度,可初步判定为恶意节点。

(2)当融合节点或簇头节点发生异常时能及时发现异常,并上报基站。

(3)过滤异常数据和恶意数据,尽量减少因节点被捕获而对感知数据结果造成的影响。

(4)计算最终数据融合结果并且对最终数据融合结果做出评价来反映该结果的的可靠程度,供基站参考。

(5)进行算法的能量分析。

3、拟解决的关键技术。

(1)建立WSN一个簇内数据传送的三层簇结构模型,节点密集部署。

(2)模拟工作过程中节点被捕获成为恶意节点,恶意节点可能发送和真实数据差别较大的数据,也能发送和真实数据差别不大但会影响融合结果的数据。

(3)计算并更新传感器节点的信任值,分析信任值的有效性。

(4)记录各节点传送数据值,并与实际值进行比较,分析融合数据的准确性。测试当有较多节点被捕获时算法的工作效果。

4、拟采取的研究方法。

查阅国内外大量有关无线传感器网络数据融合技术和信任管理技术方面的文献,分析当前无线传感器网络安全领域的发展现状与未来。借鉴在该领域已经取得的研究成果和经验,系统而深入的研究在无线传感器网络数据融合中使用信任管理机制的主要问题。通过对已有的安全数据融合技术进行总结和分析,结合无线传感器网络自身的特点,设计出一种基于信任管理的无线传感器网络安全数据融合算法。

5、技术路线。

本课题尝试使用信任管理机制来保障在无线传感器网络中实现安全的数据融合,在现有的对无线传感器网络安全数据融合技术的研究基础上,与信任管理技术相结合,期望能够对传感器网络安全数据融合提出有效的解决方案。针对课题中的技术难点,通过查阅资料、向导师请教以及与项目组同学讨论的形式来解决。

6、实施方案。

(1)在Windows平台下使用omnet++进行仿真实验。

(2)建立无线传感器网络一个簇内数据传送的三层结构模型,节点密集部署。

(3)模拟无线传感器网络受到攻击时时的数据发送,根据数据统计规律计算和更新节点信任值。

(4)把节点按信任值分类,检测识别恶意节点。

(5)根据节点信任值选择有效数据完成数据融合。

7、可行性分析。

(1)理论知识积累:通过广泛阅读无线传感器网络数据融合技术方面的文献形成了一定量的理论知识储备,为课题的研究奠定基础。

(2)技术积累:熟悉OMNeT++网络仿真软件,具有一定的C++编程能力。

(3)技术合作:研究过程中遇到难以解决的问题时,可以向指导老师请教解决问题的基本思路。对项目相关课题有疑问时,可以向项目组同学请教。对实验平台的建立及使用有疑问时,可以和项目组同学共同讨论解决。

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