軀域無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信道模型及其信息安全的研究.pdf

1、軀域無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Body Sensor Network，WBSN)是以附著于體表或置于體內(nèi)的傳感器為通信終端的超短距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，其主要應(yīng)用目標(biāo)是輔助實(shí)現(xiàn)患者生理狀況的無(wú)障礙監(jiān)測(cè)和反饋治療信息以實(shí)現(xiàn)智能控制。本學(xué)位論文從WBSN系統(tǒng)的有效性與可靠性出發(fā)，著重研究其體表無(wú)線信道的數(shù)學(xué)模型、網(wǎng)間抗干擾機(jī)制以及網(wǎng)內(nèi)信息安全解決方案。 論文共分六章。 第一章綜述WBSN并給出論文的研究背景、主要內(nèi)容及章節(jié)安排

2、。 第二章給出論文研究的主要理論與技術(shù)基礎(chǔ)，討論論文相關(guān)內(nèi)容的研究進(jìn)展。 第三章研究WBSN體表無(wú)線信道的數(shù)學(xué)建模，采用基于時(shí)域有限差分法的電磁仿真工具建立三維多層人體仿真模型，首先分析地面反射對(duì)體表無(wú)線信道特性的影響，然后針對(duì)當(dāng)前短距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)常用的2.4GHz、5.2GHz和5.7GHz等ISM頻段，在自由空間環(huán)境下對(duì)WBSN體表無(wú)線信道給出路徑損耗和時(shí)延特性的仿真數(shù)值并建立相應(yīng)數(shù)學(xué)模型。結(jié)果表明，當(dāng)工作頻率較高時(shí)，

3、體表無(wú)線信道的路徑損耗相對(duì)較??；當(dāng)收發(fā)終端都位于主軀干時(shí)，平均接收信號(hào)功率隨最短等效體表距離呈對(duì)數(shù)衰減，路徑損耗指數(shù)大于4，當(dāng)工作頻率較高時(shí)，路徑損耗指數(shù)較小，相應(yīng)的路徑損耗數(shù)值也較小，路徑損耗相對(duì)于最短等效體表距離的變化也較??；當(dāng)發(fā)送端位于主軀干而接收端位于上肢時(shí)，平均接收信號(hào)功率隨最短體表距離呈線性衰減，并且路徑損耗斜率與收發(fā)端高度差有關(guān)。 為給出WBSN網(wǎng)間抗干擾機(jī)制和網(wǎng)內(nèi)安全解決方案，論文第四章提出一種用于動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)實(shí)體識(shí)

4、別的基于時(shí)變生物特征的新型生物測(cè)定系統(tǒng)。有別于現(xiàn)有的一般生物測(cè)定系統(tǒng)，新系統(tǒng)中進(jìn)行相互匹配的生物特征必須是同步采集的，因此不需要預(yù)先采集特征模板；適用的生物特征必須具備時(shí)變特性，并且從不同人體部位檢測(cè)到的生物特征必須具備高相似性。論文進(jìn)一步舉例分析一種可應(yīng)用于新型生物測(cè)定系統(tǒng)的時(shí)變生物特征，即心臟搏動(dòng)間隔。根據(jù)從心血管信號(hào)(包括兩種不同信號(hào)以及從不同人體部位檢測(cè)到的同種信號(hào))中提取的心臟搏動(dòng)間隔，統(tǒng)計(jì)分析該時(shí)變生物特征的隨機(jī)性和同體相似

5、性，并基于數(shù)據(jù)全集綜合分析該時(shí)變生物特征的使用性能，即誤接受率和誤拒絕率。結(jié)果表明，由心臟搏動(dòng)間隔生成的動(dòng)態(tài)個(gè)體識(shí)別碼可達(dá)到低于2×10<'-2>的半總錯(cuò)誤率(其定義為誤接受率與誤拒絕率和的一半)。此外，論文還討論動(dòng)態(tài)個(gè)體識(shí)別碼編碼方案對(duì)系統(tǒng)性能的影響，并分析實(shí)施新型生物測(cè)定系統(tǒng)所需增加的系統(tǒng)成本，包括存儲(chǔ)量和計(jì)算復(fù)雜性等。 論文第五章首先提出基于時(shí)變生物信號(hào)的真隨機(jī)數(shù)生成方法，對(duì)其生成序列的隨機(jī)性能給出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證結(jié)果，進(jìn)行生

6、成效率評(píng)估，并分析由同步同種生物信號(hào)作為輸入而生成的不同序列之間的相關(guān)性，給出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果；然后，以第四章的新型生物測(cè)定系統(tǒng)為基礎(chǔ)，給出可實(shí)現(xiàn)身份鑒別和訪問(wèn)控制的對(duì)等實(shí)體鑒別機(jī)制，采用BAN(Burrows，Abadi andNeedham)類邏輯對(duì)其進(jìn)行安全分析，并給出網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)之間實(shí)施該鑒別機(jī)制而發(fā)生失敗事件的概率與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)總數(shù)之間的關(guān)系表達(dá)式，證明該鑒別機(jī)制適用于小規(guī)模的WBSN；最后，提出基于新型生物測(cè)定系統(tǒng)的適用于WBSN的