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无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,简称WSNs)是由一组具有无线收发功能的传感器,以多跳自组织方式连接而成的无线网络,其目的是通过协作的方式感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息,并将处理结果传递给观察者。基于移动蜂窝网络的窄带物联网NB-IoT(Narrow Band Internet of Things)是4G/LTE网络的主要应用之一,它对于实现长时间、低流量、高稳定性的无线通信传输需求具有特别的优势,且能够低成本实现广域覆盖。将NB-IoT新技术融入到已得到广泛应用的无线传感器网络中,结合两者优势,搭建基于NB-IoT的无线传感器网络,使得无线传感器网络的构建得以简化,应用领域得以拓宽。本研究在对WSNs及NB-IoT两项技术单独研究的基础上,将两者结合起来进行研究。主要包括四个方面:基于NB-IoT技术的无线传感器网融合组网架构、基于NB-IoT移动接入的WSNs节点定位方法、基于NB-IoT的WSNs智能节点包转发策略、基于NB-IoT异构的WSNs节点受恶意程序攻击的可用度分析等。基于NB-IoT技术的无线传感器网融合组网研究。为解决无线传感器网络存在的系统复杂、安全性不够、联网接入难度较大等问题,将无线传感器网络与NB-IoT技术结合起来,利用NB-IoT技术的低功耗、低成本、广覆盖和大容量优点,设计了3种NB-IoT-WSNs组网方案进行对比,提出了一种当前可行的网络组织架构,并为该网络架构设计了数据帧转换和处理的双模网关概念模型,实现了在WSNs与NB-IoT之间的高效的数据转换与融合。探讨分析了基于NB-IoT的WSNs安全问题,提出了一种将云计算、雾技术相结合的CFAP安全体系模型,该模型综合考虑了传感节点、汇聚网关、NB-IoT传输、云存储、应用软件等对安全的需求,构建了一个完整的、任务分配均衡的基于NB-IoT的新一代WSNs的安全网络架构。作为应用实例,将NB-IoT-WSNs组网方案应用到玻璃窑炉的炉壁温度及废气排放监控系统中,设计出一套基于NB-IoT的玻璃窑炉无线传感网络监测系统。基于NB-IoT移动接入的WSNs节点定位研究。WSNs中未知节点的定位方法多种,NB-IoT技术的引入,为WSNs未知节点定位带来了新方法。NB-IoT技术具有节点的地理位置自定位能力,用NBIoT移动簇头节点担任定位锚节点可以代替原先使用固定锚点的多点定位方法。结合传统的DV-HOP三点定位算法,提出由NB-IoT簇头节点在采集数据前进行多点移动定位,形成改进的NBIOT-DVHOP定位算法。该算法创新性地采用单一锚点在一个WSNs簇内移动,依托NB-IoT网络的终端自定位和后台计算功能,实现了对WSNs的未知位置节点的定位。通过仿真,模拟出一个簇各节点位置分布,计算出各未知位置节点的坐标位置,且误差值在一定的范围内。节点定位的定位精度受未知节点的数量、通信半径、锚点位置数、移动锚点位置排列方法等等影响。因此,在定位过程中,利用NB-IoT的后台运算能力和节点长寿命、低功耗的特征,优化组合选择合理参数,并采用更加均匀分布的锚点位置,可以实现较高精度的节点定位。基于NB-IoT的WSNs智能节点包转发策略研究。NB-IoT技术应用到WSNs中,改变了WSNs传感器节点功能简单、工作机制单一的状况,部分节点升级为智能节点。包转发机制是WSNs中传感器节点任务分配和协同工作研究的一个重要方面,节点之间相互合作共同完成数据包传输。如何制定节点之间的包转发策略使得WSNs整体数据传递效率得以最优化?本研究以演化博弈论为依据,研究了包转发策略决策及其演化过程。以实际网络通信环境(CSMA/CA)为例,研究了节点在空闲或繁忙(积压)状态下各自进行包转发的概率。当节点处于繁忙状态时,引入了不合作激励机制,以鼓励节点选择不转发策略来节约能源。同时,还在WSNs中建立了包转发演化博弈模型,分析并验证博弈达到稳态条件的定理,以及参数对收敛到演化稳定状态的速度的影响。为验证博弈理论和激励机制的有效性,在MATLAB软件中进行了仿真实验。研究为基于NB-IoT的WSNs的动态演化过程中的包转发决策建立了一致性的规则。基于NB-IoT异构的WSNs节点受恶意程序攻击时的可用度分析。NB-IoT与WSNs融合组网,形成了一种基于NB-IoT的异构WSNs。异构WSNs中节点受恶意程序攻击时可能受到的影响比非异构的WSNs节点更大。为了评估节点异质性对恶意程序在异构WSNs中传播扩散的影响,基于节点分布和脆弱性差异提出了一种节点异质模型NBIOT-HWSNs,并根据该模型对节点的可用度进行分析。通过流行病理论和马尔可夫链的结合,建立了节点状态转换模型(SIRLD),包括易感S、感染I、免疫R、失联L、死亡D等5种状态,得到了节点状态间转换的动力学方程,计算得出了系统稳态可用度计算公式。实验分析了节点分布和脆弱性差异对节点感染率及可用度的影响。综上,通过理论探讨分析和实践实验仿真,从组网的模型、节点定位、节点包转发、恶意程序感染后节点的可用度等技术要点进行了深入的研究,证明了构建基于NB-IoT技术的无线传感器网络在技术上的可行性和优势。