无线传感器网络恶意节点发现算法研究

摘要

随着无线传感器网络技术的快速发展及其巨大应用需求的推动，其安全性正在成长为普遍关注的焦点。无线传感器网络中所有的传感器节点都是潜在的路由节点，兼具路由和信息感知、数据传输等功能。这些传感器节点多部署在无人值守、条件恶劣的环境中，且每个传感器节点的能源、计算能力、存储能力等均有限，无线收发距离短。由于传感器节点自身的这些脆弱性，攻击者可以容易地捕获或控制节点，发起多种攻击。本文重点针对较常见的虚假数据注入攻击和选择性转发攻击进行了研究。
　　 针对虚假数据注入攻击，本文提出了一种基于加权信任过滤的恶意节点发现算法，即在以簇为拓扑的网络中，簇头收集簇内节点发来的消息，并计算节点的平均信任度，对高于平均信任度节点的消息进行加权数据融合，根据融合结果与节点报告的消息来更新每一个节点的信任度，并将其作为节点报告消息正确性的权值;当传感器节点的权值低于一个特定的阈值时，就将其判定为恶意节点并被滤除出网络。仿真结果表明，该算法具有较高的恶意节点发现率、较低的误警率和良好的可扩展性。
　　 针对选择性转发攻击，提出了一种基于数据包ID检测机制的低成本轻量级选择性转发攻击发现算法，即节点每收到一个数据包后都要进行包ID更新，并比较存储的包ID与接收的包ID，根据比较结果确定是否存在可疑节点，并向基站发送报警包进行检举，基站根据节点被检举的次数来判定发起选择性转发攻击的恶意节点。仿真实验结果表明了该方案的有效性，且具有较高的恶意节点发现率和低的误警率。
　　 为了更好的实施恶意节点发现算法和节省网络中的能量开销，本文最后研究了对网络拓扑的实时局域维护。针对分簇网络结构中簇维护的问题，本文提出了一种按需动态簇维护方法ODDCM。ODDCM算法只处理需要进行维护的簇，其它的簇依然维持其原来的状态，使得簇维护只发生在系统受到事件触发时。由于ODDCM算法把传统的周期性簇维护转化为由事件异步触发和局部性的行为，将大大减少无线传感器网络的通信负载和能量消耗，更有利于恶意节点发现算法的运行。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 课题的研究背景

1．1．2 课题研究的意义

1．2 国内外研究现状

1．3 课题的研究目的和研究内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

1．4 课题的组织结构

第二章 无线传感器网络简介

2．1 无线传感器网络的概念

2．2 无线传感器网络的特点

2．2．1 传感器节点特点

2．2．2 无线传感网络特征

2．3 无线传感器网络的体系结构

2．3．1 无线传感器网络的结构

2．3．2 无线传感器网络节点的结构

2．3．3 拓扑结构

2．4 无线传感器网络的应用

2．5 本章小结

第三章 无线传感器网络面临的安全问题

3．1 无线传感器网络的安全需求

3．2 无线传感器网络的安全威胁

3．3 无线传感器网络恶意节点攻击类型

3．4 无线传感器网络恶意节点攻击模型

3．5 本章小结

第四章 基于加权信任过滤的恶意节点发现

4．1 引言

4．2 网络模型、假设及符号定义

4．2．1 网络模型及基本假设

4．2．2 符号定义

4．3 方案描述

4．3．1 恶意节点发现流程设计

4．3．2 恶意节点发现算法描述

4．4 仿真与实验结果分析

4．4．1 二进制决策

4．4．2 实际数据测量

4．5 本章小结

第五章 选择性转发攻击的发现

5．1 引言

5．2 网络攻击模型及基本假设

5．3 选择性转发攻击发现方案

5．3．1 包的格式定义

5．3．2 基于簇头检测的发现机制

5．4 仿真与实验结果分析

5．4．1 仿真环境设置

5．4．2 性能评估

5．5 本章小结

第六章 无线传感器网络按需动态簇维护方法

6．1 无线传感器网络层次分簇算法

6．2 能耗模型

6．3 按需动态簇维护算法描述

6．3．1 初次簇的生成

6．3．2 稳定的数据通信

6．3．3 动态簇维护

6．4 仿真与性能评估

6．5 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 结论

7．2 研究工作展望

致谢

参考文献

附录 在读期间发表学术论文与取得的研究成果