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iris节点上的安全算法研究

IRIS节点上的安全算法研究

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作者：马少华辽宁工业大学

学位级别：硕士

由于无线传感器网络具有广阔的应用前景，因此其备受关注。在大多数的领域，无线传感器网络对其网络安全并没有太高的要求。但对于一些特殊的领域，无线传感器网络的安全问题却是至关重要的。在无线传感器网络安全问题中，数据的安全是... 详细信息

由于无线传感器网络具有广阔的应用前景，因此其备受关注。在大多数的领域，无线传感器网络对其网络安全并没有太高的要求。但对于一些特殊的领域，无线传感器网络的安全问题却是至关重要的。在无线传感器网络安全问题中，数据的安全是一个很重要的课题。由An Liu、Peng Ning等人开发的TinyECC首次成功的将椭圆曲线加密算法（ECC）在无线传感器节点平台上实现。目前，TinyECC已成功的运行在节点MICAz、TelosB、Tomte Sky和Imote2上。本文在分析了TinyECC程序和iris节点的软硬件特性后，通过对TinyECC程序的修改，在iris节点上实现了三种基于ECC的密码学算法。它们分别是椭圆曲线综合加密方案（ECIES）、椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）和基于椭圆曲线的Diffie-Hellman密钥交换体制（ECDH）。在成功实现的基础上，本文对这三种密码学算法进行了测试。主要测试内容有实现时的空间负责度（占用的RAM空间和ROM空间）和时间复杂度。其中，ECIES的时间复杂度为初始化所耗的时间、加密所耗的时间和解密所耗的时间;ECDSA的时间复杂度为初始化所耗的时间、签名所耗的时间和签名认证所耗的时间;ECDH的时间复杂度为初始化所耗的时间和密钥交换所耗的时间。完成上述实验后，本文又选用了七种ECC优化算法对ECIES、ECDSA和ECDH进行优化测试。它们为巴雷特减法、混合乘法、混合平方法、射影平面坐标系算法、滑动窗口算法、夏米尔技巧算法和椭圆曲线优化算法。测试的方式分为两种：一是测试各优化算法对ECIES/ECDSA/ECDH的单独优化效果;二是在没有该优化算法的情况下，测试其余所有优化算法对ECIES/ECDSA/ECDH的集体优化效果。为提高结果的可信度，对每个测试都进行了10次，实验数据取10次的算术平均值。在完成所有测试后，本文将测试数据与已测的四种节点（MICAz、TelosB、Tomte Sky和Imote2）数据进行比较分析。最后，根据测试结果的分析，提出适合于iris节点的ECIES/ECDSA/ECDH的优化方案。

关键词：安全算法 TinyECC iris节点 ECIES加密方案 ECDSA签名算法 ECDH密钥交换体制

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用于结构模态识别的无线应变传感器网络研究

用于结构模态识别的无线应变传感器网络研究

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作者：彭鹏辉哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近年来，无线传感器伴随着微机电技术的发展应用于各个领域中，如医疗护理、军事领域、环境监测及建筑结构等领域。无线传感器网络为各个领域实现了很好的智能化分布式监测网络，从而大大减少了传统传感器网络的引线数量及信号处理速度... 详细信息

近年来，无线传感器伴随着微机电技术的发展应用于各个领域中，如医疗护理、军事领域、环境监测及建筑结构等领域。无线传感器网络为各个领域实现了很好的智能化分布式监测网络，从而大大减少了传统传感器网络的引线数量及信号处理速度等问题。在土木工程领域中，无线传感器网络拥有局域信号的处理功能，采集到的信号在结构局部就经过处理，一定程度上减少了信息的传输量，将中央处理器实现的串行的系统转化为一种并行的分布式信息处理系统形式;利用无线传感器网络节点拥有局域信号的处理功能，可获得结构局部信息;局部之间通过无线传感器网络组网，可获得整体结构的信息。无线传感器网络在结构上的应用主要是基于加速度振动信号和基于静态应变信号的结构性能分析，而通过无线传感器网络获取动态应变信息分析结构受力的研究还是很少见的。本文结合无线传感器网络及应变模态进行研究，具体研究的成果及已经取得的如下：首先，完成了可同iris无线传感器节点匹配的具有低功耗、多通道动态应变信号采集特点的传感器板设计，包括电路图、pcb板制作及元件的焊接。在此基础之上，完成了传感器板的电路测试、传感器的静态误差分析及传感器的静态标定，并用此无线应变传感器测试了实验室内悬臂梁结构的频率;结果表明，传感器板所测得的值同理论所得相差很小，静态误差在合理范围之内，对实验室悬臂梁频率的测试结果也表明此传感器板在动态性能上达到预期效果;其次，基于TinyOS操作系统，完成了采集节点动态应变信号采集程序的开发，实现了簇首节点转发功能，完成了整个无线应变传感器网络的搭建，完成了时间同步组件与应变采集信号的融合，并针对多通道应变信号采集进行了时间同步误差实验，实验结果表明，被测结构目标频率较高时，同步误差导致的相位误差也增大;最后，通过应用此无线应变传感器网络在实验室桁架模型上多测点的应变信号采集进行模态实验，获得了结构低阶的应变模态参数并对此无线传感器网络进行了性能评估，实验结果表明，无线应变传感器网络能够较好的识别出结构的低阶模态振型。

关键词：无线传感器网络传感器板 iris节点模态参数识别应变模态

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用于桥梁健康监测的无线传感器系统集成

用于桥梁健康监测的无线传感器系统集成

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作者：何显银哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着人们对结构安全认识的提高和监控技术的发展，结构健康监测已成为工程结构领域的一个热点研究问题。现有结构健康监测的实现大都使用有线数据采集系统对结构在环境激励下采集的振动信号进行分析。近年来，随着微机电技术的发展，低... 详细信息

随着人们对结构安全认识的提高和监控技术的发展，结构健康监测已成为工程结构领域的一个热点研究问题。现有结构健康监测的实现大都使用有线数据采集系统对结构在环境激励下采集的振动信号进行分析。近年来，随着微机电技术的发展，低成本无线智能传感器的使用避免了传统通用有线系统的高成本问题，因此无线传感器网络成为有利于结构健康监测应用的新技术。本文将无线传感技术与健康监测技术相融合，研究了无线智能传感器节点硬件模块的设计和相关应用程序的开发，设计并初步实现了用于结构振动信号监测的无线数据采集系统，并通过相关实验对该系统的性能进行了测试，结果显示了无线传感器网络美好的发展前景。首先，本文针对结构健康监测振动信号采集精度较高的需求，选取加速度传感器ADXL335为智能传感芯片，完成了传感器模块的电路设计及无线智能传感器板的制作。同时结合第五代MICA系列节点平台设备iris，利用基于TinyOS操作系统的nesC语言编写了传感器的驱动程序和无线通信程序，使用LabVIEW开发工具完成了基站与PC的串口通信，集成了一个无线加速度采集系统，实现了加速度信号的高精度采集。其次，深入研究了无线数据采集系统信号的同步采集问题。分析比较了传感器网络中常用的几种的时间同步机制，总结了他们的优缺点。针对结构振动监测系统中时间同步的要求，设计完成了微秒级别的FTSP算法时间同步组件，并利用iris节点对同步误差进行了测试。最后，在实验室搭建了无线振动测试实验平台，对无线智能传感器节点及其组成的采集系统进行了性能测试，提取了桥梁模型的模态参数。通过与有线采集数据识别的结果对比，试验结果显示本文集成的无线采集系统能够正确地识别结构的动力特性参数，验证了基于无线传感器网络的振动监测系统进行现实应用的可行性。

关键词：结构健康监测无线加速度传感器 iris节点时间同步模态分析

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