近年来,无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSNs)的研究受到了越来越多的关注,作为其主要应用之一的数据收集,也得到了越来越广泛和深入的研究。在数据收集的过程中,传感器节点部署在一定的区域内,采集该区域的环境信息。然后,节点之间通过多跳中继的方式,协作地将这些信息传输到汇聚节点(又称基站节点)。由于传感器节点的能量和计算资源有限,因此,如何安全、准确、迅速地传输数据,同时尽可能节约能量消耗,成为了数据收集模型与协议研究的主要目标。最近,一种新型的通信技术——网络编码被提出来,并开始用于WSNs。与基于传统存储转发路由的数据收集协议相比,基于网络编码的数据收集协议能够获得多种性能增益,包括吞吐量的提高、鲁棒性的增强、能耗与时延的减少等。然而,物联网兴起以后,作为其关键技术之一的WSNs具有了一些新的特点,因此也对数据收集协议提出了新的要求。具体来说,第一,用于物联网的WSNs都是大规模的网络,更需要节约能量消耗和缩短时延。第二,数据收集的需求更丰富。有时需要定期收集所有节点的数据；有时只需要某个节点采集的数据。第三,待收集数据的类型也更多样化。有时需要节点采集的原始数据；有时只需要所有数据的聚合结果。第四,传感器节点不再属于同一个机构或同一个实体。因此,它们具有自私性和独立性。这要求在数据收集的过程中,不仅要为传输提供安全性,还应维持节点参与合作的兴趣。综上所述,本论文建立了一个用于具有上述新特点的WSNs的数据收集模型,并基于网络编码来研究用于该模型的数据收集协议,使之适用于具有节点自私性和独立性的应用环境。本论文的主要工作与创新如下(1)建立了一个符合上述新特点的无线传感器网络综合型数据收集模型,称为CM-DG-WSN(Comprehensive Model of Data Gathering in Wireless Sensor Networks)模型。首先,一般情况下,该模型采用时间驱动型数据收集的模式,所有节点周期性地将数据传输到汇聚节点。当节点监测到某字段超过阈值时,则采用事件驱动型数据收集模式。这时,仅仅该节点传输其数据到汇聚节点。其次,它考虑了待收集数据的类型分别是原始数据和聚合数据这两种情况。再次,它还考虑了节点的自私性和独立性。因此,不仅应在数据收集的过程中提供安全性,而且还应在该过程中维持中间节点参与合作的兴趣。(2)提出了一个时间驱动型数据收集协议,称为FNCDG (Flat-based Network Coding Data Gathering)协议。该协议将流间网络编码与机会路由作为主要技术。而且,本论文从理论和仿真的角度,将FNCDG协议与传统存储转发的路由协议进行了比较。它们的结果是一致的,都说明了FNCDG协议在节约能耗和缩短时延上具有明显的优势。(3)研究了如何在聚合数据收集的过程中,进一步节约能耗的问题。在这种情况下,汇聚节点只需要所有数据的一个聚合结果,而非节点的原始数据。由于基于平面路由的网络编码协议很难在传输过程中完成数据聚合,因此,为了译码,它们可能需要浪费大量能量来传输编码包。于是,本论文提出基于分簇路由的网络编码协议,称为CNCDG (Cluster-based Network Coding Data Gathering)协议,它通过让簇头在传输数据的过程中完成一部分聚合数据的操作,来减少待传输的编码包数目,从而进一步节约能耗。(4)在基于网络编码的事件驱动型数据收集中,研究了如何保护源节点隐私数据的问题,从而防止中间节点利用流经它们的编码包推导出源节点的隐私数据。与其他研究不同的是,本论文不仅考虑了如何防止任何单个节点的攻击,也考虑了如何防止多个节点的合谋攻击。利用“网络编码对污染的脆弱性”和数据混淆技术,本论文提出了一个数据隐私保护的网络编码协议,称为DPPNC (Data-Privacy-Preserving Network Coding)协议。该协议具有较低的计算和通信开销。为了进一步提高协议的安全性,本论文还提出了两个扩展协议,分别称为HDPPNC-1协议和HDPPNC-2协议。(5)提出了一个既能保护源节点隐私数据,又能防止外部污染攻击的安全网络编码数据收集模型,作为CM-DG-WSN模型在安全性上的子模型,称为SNCDG (Secure Network Coding-based Data Gathering)模型。而且,本论文通过数据混淆技术,设计了一个用于该模型的协议,称为DPP&PP (Data-Privacy Preserving and Pollution Preventing)协议。该协议不仅能同时防止网内和网外攻击。而且,它具有较低的计算和通信开销。