基于改进RSSI-LSSVR的WSN三维节点安全定位研究

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无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)节点定位技术是一种利用少量坐标位置信息已知的锚节点,来对位置信息未知的节点进行位置估算的技术。虽然目前已经有不少WSN节点定位算法,但很多都只考虑了环境复杂性,而没考虑网络安全性,但其部署在开放的、无人值守的环境中,不法分子可能攻击定位系统窃取或伪造监测数据,这让定位安全性面临巨大挑战。传统定位算法无论是定位精确度,还是定位安全性,都难以满足实际需求。这就需要研究一种安全性更高精确性更强以及功耗更低的WSN三维节点定位技术。本文首先阐释了无线传感器网络技术理论以及国内外节点定位技术研究现状,然后介绍了一些典型的定位算法。经过对各典型定位算法及网络安全进行研究,着重对基于接收信号强度(RSSI)算法、最小二乘支持向量回归机(LSSVR)算法和Sybil攻击安全定位技术进行研究。因定位环境复杂多变,基于RSSI定位技术目前尚无精确的数学模型,针对传统RSSI路径损耗模型的不足,通过以下几方面来改进。首先,改进RSSI模型信道特征量的选取,以提升RSSI路径损耗对数模型的定位效果;其次,改变传统的对RSSI测距结果求均值的做法,将多次采样的RSSI值通过取中位数然后加权处理,并通过设阈值的方式对测距结果进行筛选,从而完成初始测距。随后,介绍了最小二乘支持向量回归机(LSSVR)算法,利用LSSVR进行定位坐标建模,可以获得待定位节点的坐标定位模型以及待定位节点到锚节点之间的距离向量。然后结合节点的坐标与距离向量之间的函数关系模型,来计算待定位节点的位置坐标。考虑到RSSI测距技术受环境噪声影响比较大,而LSSVR具有减噪功能,还能降低计算量和复杂度,因此结合改进的RSSI算法和LSSVR算法来完成节点的定位,获得更准确的未知节点位置。最后引入女巫(Sybil)攻击节点安全定位技术,分析改进的RSSI-LSSVR在定位过程中遇到的安全性问题特别是女巫攻击,改变传统的通过计算具体坐标来检测女巫节点,利用接收信号强度的比值来检测是否有女巫节点,从而增强该系统抵御女巫攻击的能力,使无线传感器网络三维节点定位过程正常有序地进行。本文对提出的定位算法进行MATLAB仿真,并研究了参数设定对节点安全定位算法的影响,包括改变锚节点密度、节点通信半径等性能指标。通过仿真比较并论证了算法的定位精度、安全有效性以及应用范围。因此本文提出的算法和改进方法,对无线传感器网络三维节点安全定位技术的研究具有积极促进的意义。
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