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無線感測器網路的時間演算法

發布時間: 2024-09-25 09:16:26

① 無線感測器網路

無線感測器網路(wirelesssensornetwork,WSN)是綜合了感測器技術、嵌入式計算機技術、分布式信息處理技術和無線通信技術,能夠協作地實時監測、感知和採集網路分布區域內的各種環境或監測對象的信息,並對這些數據進行處理,獲得詳盡而准確的信息。傳送到需要這些信息的用戶。它是由部署在監測區域內大量的廉價微型感測器節點組成,通過無線通信方式形成一個多跳的自組織的網路系統。感測器、感知對象和觀察者構成了感測器網路的三要素。
無線感測器網路作為當今信息領域新的研究熱點,涉及到許多學科交叉的研究領域,要解決的關鍵技術很多,比如:網路拓撲控制、網路協議、網路安全、時間同步、定位技術、數據融合、數據管理、無線通信技術等方面,同時還要考慮感測器的電源和節能等問題。
所謂部署問題,就是在一定的區域內,通過適當的策略布置感測器節點以滿足某種特定的需求。優化節點數目和節點分布形式,高效利用有限的感測器網路資源,最大程度地降低網路能耗,均是節點部署時應注意的問題。
目前的研究主要集中在網路的覆蓋問題、連通問題和能耗問題3個方面。
基於節點部署方式的覆蓋:1)確定性覆蓋2)自組織覆蓋
基於網格的覆蓋:1)方形網格2)菱形網格
被監測目標狀態的覆蓋:1)靜態目標覆蓋2)動態目標覆蓋
連通問題可描述為在感測器節點能量有限,感知、通信和計算能力受限的情況下,採用一定的策略(通常設計有效的演算法)在目標區域中部署感測器節點,使得網路中的各個活躍節點之間能夠通過一跳或多跳方式進行通信。連通問題涉及到節點通信距離和通信范圍的概念。連通問題分為兩類:純連通與路由連通。
覆蓋中的節能對於覆蓋問題,通常採用節點集輪換機制來調度節點的活躍/休眠時間。連通中的節能針對連通問題,也可採用節點集輪換機制與調整節點通信距離的方法。而文獻中涉及最多的主要是從節約網路能量和平衡節點剩餘能量的角度進行路由協議的研究。

② 【高分】無線感測器網路S-MAC協議的原理及演算法

本文根據《中國銀聯直聯POS終端規范》的闡述,用C語言編程實現,該演算法在實際的商業POS終端中使用。POS終端採用ECB的加密方式,簡述如下:

a) 將欲發送給POS中心的消息中,從消息類型(MTI)到63域之間的部分構成MAC

ELEMEMENT BLOCK (MAB)。

b) 對MAB,按每8個位元組做異或(不管信息中的字元格式),如果最後不滿8個字

節,則添加「0X00」。

示例 :

MAB = M1 M2 M3 M4

其中:

M1 = MS11 MS12 MS13 MS14 MS15 MS16 MS17 MS18

M2 = MS21 MS22 MS23 MS24 MS25 MS26 MS27 MS28

M3 = MS31 MS32 MS33 MS34 MS35 MS36 MS37 MS38

M4 = MS41 MS42 MS43 MS44 MS45 MS46 MS47 MS48

按如下規則進行異或運算:

MS11 MS12 MS13 MS14 MS15 MS16 MS17 MS18

XOR) MS21 MS22 MS23 MS24 MS25 MS26 MS27 MS28

---------------------------------------------------

TEMP BLOCK1 = TM11 TM12 TM13 TM14 TM15 TM16 TM17 TM18

然後,進行下一步的運算:

TM11 TM12 TM13 TM14 TM15 TM16 TM17 TM18

XOR) MS31 MS32 MS33 MS34 MS35 MS36 MS37 MS38

---------------------------------------------------

TEMP BLOCK2 = TM21 TM22 TM23 TM24 TM25 TM26 TM27 TM28

再進行下一步的運算:

TM21 TM22 TM23 TM24 TM25 TM26 TM27 TM28

XOR) MS41 MS42 MS43 MS44 MS45 MS46 MS47 MS48

---------------------------------------------------

RESULT BLOCK = TM31 TM32 TM33 TM34 TM35 TM36 TM37 TM38

c) 將異或運算後的最後8個位元組(RESULT BLOCK)轉換成16 個HEXDECIMAL:

RESULT BLOCK = TM31 TM32 TM33 TM34 TM35 TM36 TM37 TM38

= TM311 TM312 TM321 TM322 TM331 TM332 TM341 TM342 ||

TM351 TM352 TM361 TM362 TM371 TM372 TM381 TM382

d) 取前8 個位元組用MAK加密:

ENC BLOCK1 = eMAK(TM311 TM312 TM321 TM322 TM331 TM332 TM341 TM342)

= EN11 EN12 EN13 EN14 EN15 EN16 EN17 EN18

e) 將加密後的結果與後8 個位元組異或:

EN11 EN12 EN13 EN14 EN15 EN16 EN17 EN18

XOR) TM351 TM352 TM361 TM362 TM371 TM372 TM381 TM382

------------------------------------------------------------

TEMP BLOCK= TE11 TE12 TE13 TE14 TE15 TE16 TE17 TE18

f) 用異或的結果TEMP BLOCK 再進行一次單倍長密鑰演算法運算。

ENC BLOCK2 = eMAK(TE11 TE12 TE13 TE14 TE15 TE16 TE17 TE18)

= EN21 EN22 EN23 EN24 EN25 EN26 EN27 EN28

g) 將運算後的結果(ENC BLOCK2)轉換成16 個HEXDECIMAL:

ENC BLOCK2 = EN21 EN22 EN23 EN24 EN25 EN26 EN27 EN28

= EM211 EM212 EM221 EM222 EM231 EM232 EM241 EM242 ||

EM251 EM252 EM261 EM262 EM271 EM272 EM281 EM282

示例 :

ENC RESULT= %H84, %H56, %HB1, %HCD, %H5A, %H3F, %H84, %H84

轉換成16 個HEXDECIMAL:

「8456B1CD5A3F8484」

h) 取前8個位元組作為MAC值。

取」8456B1CD」為MAC值。