无线传感器网络中基于信任的安全数据聚集

摘要

在过去的几年中，无线传感器网络迅速发展，受到工业界和学术界的普遍关注。数据聚集作为无线传感器网络的关键技术之一，能够在很大程度上减少传感器节点的通信量，节约节点的电池能量，从而延长整个传感器网路的生命周期。这些优势使得数据聚集成为无线传感器网络必不可少的一部分，受到广泛的研究和关注。然而随着无线传感器网络越来越多地布置在恶劣的环境中，传感器节点很可能被敌人俘获，数据聚集安全所依赖的密钥将会泄露，从而使数据聚集的安全受到很大的威胁。因此，如何在数据聚集过程中应对被俘节点的攻击，保证数据聚集的安全成为无线传感器网络数据聚集技术亟待解决的问题。
　　本文引入监听机制对节点的数据聚集行为进行监测，根据监测的结果，使用信任机制对节点的行为进行评价，从而识别出被俘节点。然后使用信任路由，在数据聚集的路由路径形成的过程中，避开被俘节点，使它们不能成为聚集节点，从而保证数据聚集的安全。具体的，本文主要进行了如下几个方面的工作：
　　(1)设计数据聚集行为监听机制。为了获得节点在聚集过程中行为好坏情况，本文设计了一种监听机制，能够在数据聚集的过程中，发现节点本次数据聚集行为的好坏。
　　(2)建立了一种适合无线传感器网络的信任机制。引入基于Beta分布的声誉系统，给出无线传感器网络数据聚集中声誉和信任的定义和更新方法，并且分析了影响声誉值的相关因素和本文所建立的信任机制抵抗攻击的能力。
　　(3)设计了信任路由机制。在识别出被俘节点以后，为了减少其对数据聚集的影响，本文对定向扩散路由进行改进，考虑节点的信任值因素，在数据聚集过程中避开被俘节点。
　　(4)使用Netlogo实现了基于信任的安全数据聚集的仿真实验。对几种重要的评价指标进行测量，并对实验结果进行分析。
　　理论分析和实验结果表明本文设计的数据聚集过程中的信任机制，能够很好地应对被俘节点的攻击，保证无线传感器网络数据聚集的安全。

目录

无线传感器网络中基于信任的安全数据聚集

TRUST-BASED SECURE DATA AGGREGATION IN WIRELESS SENSOR NETWORK

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 安全数据聚集方法的分类

1.2.2 几种典型的基于信任的安全数据聚集方法

1.3 本文的主要研究内容

1.4 本文主要章节安排

第2章 数据聚集及其安全

2.1 引言

2.2 数据聚集类型

2.2.1 数据聚集的作用

2.2.2 数据聚集分类

2.2.3 本文所针对的数据聚集类型

2.3 密钥机制

2.3.1 无线传感器网络的安全保障机制

2.3.2 本文所采用的密钥机制

2.4 网络假设

2.4.1 相邻节点采集数据的相似性

2.4.2 节点的广播通信

2.5 攻击类型

2.5.1 无线传感器网络的安全威胁

2.5.2 本文所针对的攻击类型

2.6 本章小结

第3章 信任机制

3.1 引言

3.2 信任的含义以及特征

3.2.1 信任的含义

3.2.2 信任的特征

3.3 信任机制的设计框架

3.4 行为监听机制

3.4.1 watchdog机制

3.4.2 本文设计的监听机制

3.5 Beta信任机制

3.5.1 Beta分布

3.5.2 声誉和信任的定义

3.5.3 时间因素对声誉的影响

3.5.4 声誉的更新

3.5.5 间接信息

3.6 信任路由机制

3.6.1 定向扩散路由

3.6.2 信任路由

3.7 本章小结

第4章 仿真实验及结果分析

4.1 Netlogo介绍

4.2 评价指标及参数设置

4.2.1 评价指标

4.2.2 参数设置

4.3 实验结果与分析

4.3.1 被俘节点的发现率

4.3.2 聚集结果的正确性

4.3.3 节点的信任值

4.4 本章小结

结论

参考文献

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致谢