基于信任机制的无线传感网安全路由协议的研究

摘要

无线传感器网络因其广阔的应用前景，受到了人们越来越多的关注。与此同时，其安全问题也变得越来越重要，安全性研究引起了研究人员越来越多的重视。由于传感器网络节点数目众多，节点资源和计算能力有限，部署环境开放使得节点易于捕获或失效，这些特点意味着在传统的有线网络和无线Ad hoc网络中广泛使用的那些耗费资源较多的安全技术并不适用于无线传感器网络，而且能量的约束性和有效性问题也是无线传感器网络中必须考虑的核心问题，因此必须针对无线传感器网络的特点为其研究和设计高效的安全机制。
　　 本文首先介绍了无线传感器网络的体系结构、安全目标、路由协议的安全威胁和对策，重点研究了现有典型路由协议的安全性以及现有的安全路由协议，分析比较了现有安全路由协议的优点与存在的不足。在研究无线传感器网络现有安全管理方案的基础上，对信任管理机制进行了研究。在分析已有的基于贝叶斯方法的信任模型的基础上，提出一种基于贝叶斯和风险评估的信任模型BRTM，主要工作如下:
　　 首先，分析了基本的贝叶斯信任模型的优点和不足。在此基础上，提出了一种基于贝叶斯和风险评估的信任模型BRTM。对基本贝叶斯模型的主要的改进工作包括:为了体现信任的时间敏感性，引入一个自适应遗忘因子来减少过去行为的影响;为了奖赏具有良好的整体历史行为记录的节点，引入一个整体行为记录良好率;为了防止邻居节点的恶意诋毁行为，引入了偏离度测试;为了体现信任的不确定性，将基于信息熵理论的风险评估机制引入到信任模型中。
　　 其次，在按需路由协议AODV中，添加了BRTM信任模型，实现了安全可信路由BRAODV。详细阐述了安全路由协议BRAODV的具体实现过程，并从理论上分析了该协议的有效性。理论分析表明BRAODV能够较好的检测出网络内部的恶意节点，抵御针对按需路由协议的多种内部攻击。
　　 最后，通过仿真实验对安全可信路由协议BRAODV进行验证。仿真实验表明，本文所提出的BRAODV相较于AODV协议，在安全性方面，包括分组投递率和网络丢包率的性能均有明显提高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 无线传感器网络概述

1．2．1 无线传感器网络及节点的体系结构

1．2．2 无线传感器网络的通信协议栈

1．2．3 无线传感器网络的特点

1．2．4 传感器网络设计的关键技术

1．3 国内外研究现状

1．4 论文主要工作

第二章 无线传感器网络路由协议及其安全性研究

2．1 无线传感器网络安全概述

2．1．1 无线传感器网络安全体系结构

2．1．2 无线传感器网络的安全目标

2．1．3 信任需求

2．1．4 路由协议的安全威胁及对策

2．2 无线传感器网络路由协议研究

2．2．1 无线传感器网络路由协议概述

2．2．2 典型路由协议安全性分析

2．2．3 传感网典型安全路由协议

2．3 实现安全路由可采取的途径

2．3．1 基于链路层安全协议

2．3．2 基于WSN节点信誉模型

2．3．3 基于节点匿名机制

2．3．4 采用入侵检测和入侵容忍

2．4 信任管理机制

2．4．1 信任管理相关概念

2．4．2 信任和信誉的关系

2．4．3 信任管理机制的主要研究内容

2．4．4 信任管理机制的分类

2．5 本章小结

第三章 基于贝叶斯和风险评估的信任模型BRTM

3．1 基本的贝叶斯信任模型

3．1．1 直接信任

3．1．2 间接信任

3．1．3 总体信任

3．2 基于贝叶斯和风险评估的信任模型BRTM

3．2．1 对基本贝叶斯信任模型的改进

3．2．2 引入风险评估机制

3．2．3 模型有效性分析

3．3 本章小结

第四章 基于BRTM的安全路由协议的实现

4．1 基本路由协议AODV

4．1．1 AODV协议的优点

4．1．2 AODV协议基本思想及实现过程

4．2 安全可信路由方案BRAODV的总体框架

4．3 BRAODV的具体实现

4．3．1 设计原理

4．3．2 BRAODV的节点结构

4．3．3 推荐信任共享机制

4．3．4 安全可信路由发现过程

4．3．5 安全可信路由维护过程

4．3．6 可信路由方案安全性分析

4．4 仿真环境NS2介绍

4．5 仿真场景配置

4．6 仿真结果与分析

4．7 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 未来工作

致谢

攻硕期间所从事的科研工作及取得的研究成果

参考文献