基于可信度的无线传感器网络安全路由的研究

摘要

无线传感器网络是当前国际上备受关注的、由多学科高度交叉的新兴前沿研究热点领域。无线传感器网络能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端，从而真正实现普适计算的理念。如何在节点间实现通信安全是无线传感器网络研究的核心问题之一。 本文主要研究无线传感器网络地理信息安全路由协议，并针对无线传感器网络能量受限的特点，围绕可信路由协议进行了一些研究工作。论文的主要研究工作和创新性可体现在以下几个方面： 1）研究分析了无线传感器网络路由协议，常见攻击手段与安全对策，重点讨论了两种典型的路由协议：GEAR协议，GPSR，深入研究分析了上述两种路由协议的特点。并针对不同的网络模型和不同的场景进行仿真实验，选取了分组投递率、网络生存时间和端到端平均时延作为性能参数，在仿真平台NS2下进行了仿真实验。仿真结果表明，GEAR路由协议在综合性能参数上表现更好。 2）针对无线传感器网络能量受限的特点，本文设计和实现了一种基于可信度的GEAR改进协议，即TD_GEAR协议。TD_GEAR协议根据节点可信度不同，选路时综合考虑可信度高的节点作为路由节点，尽量避免可信度低的节点，并根据节点的能量状态对节点进行分类，从而可延长网络的生存时间并且增强安全性。 3）通过对安全路由协议的研究分析，文中采用了一种新的基于位置的二元多项式随机密钥发布方案，并在TD_GEAR协议中采用了该密钥管理机制进行路由安全维护。 4）通过对仿真工具NS2和GEAR协议源代码的研究分析，对TD_GEAR协议进行了代码的实现，针对不同的网络模型和不同的网络场景进行仿真实验，并选取了可信度、分组投递率、延迟、丢包率和路由开销等作为性能参数，在仿真平台NS2下对GEAR和TD_GEAR进行了仿真实验。实验结果表明，TD_GEAR协议较之GEAR协议有更加良好的安全性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题来源及研究意义

1.2无线传感器网络概述

1.2.1无线传感器网络体系结构

1.2.2无线传感器网络协议栈

1.2.3无线传感器网络的特点

1.2.4无线传感器网络的关键技术

1.3无线传感器网络安全路由协议研究现状

1.4论文研究的主要内容和创新

1.5论文结构

第2章无线传感器网络路由协议及其安全性研究分析

2.1无线传感器网络安全问题概述

2.1.1无线传感器网络的安全目标

2.1.2无线传感器网络路由常见攻击手段

2.1.3无线传感器网络路由安全对策

2.2无线传感器网络密钥管理

2.2.1 Master-Key-Based密钥管理方案

2.2.2 Distributed-Key-Based密钥管理方案

2.2.3 Random Pair-wise密钥管理方案

2.2.4 Location-Based密钥管理方案

2.3无线传感器网络路由协议的分析

2.3.1常见无线传感器网络路由协议分类

2.3.2典型路由协议安全性分析

2.3.3无线传感器网络安全路由协议

2.4本章小结

第3章两种典型地理位置路由协议的NS仿真研究

3.1无线传感器网络典型地理信息路由协议分析

3.1.1基于地理位置路由协议GPSR的基本原理

3.1.2基于地理位置路由协议GEAR的基本原理

3.2仿真工具NS2

3.2.1 NS2简介

3.2.2 NS2层次结构

3.2.3 NS2工作原理与仿真流程

3.3仿真实验及比较分析

3.4本章小结

第4章一种基于可信度TD_GEAR安全路由协议设计与实现

4.1 GEAR路由安全性分析

4.2 TD_GEAR的设计目标及主要思想

4.3TD_GEAR安全引导模型设计

4.4TD_GEAR可信度框架模型设计

4.4.1可信度传递方式

4.4.2可信模型体系结构

4.4.3可信安全度量

4.4.4路由节点信任度的量化

4.5 TD_GEAR安全路由设计方案

4.5.1相邻节点交换位置能量和可信度信息

4.5.2选择综合开销小且可信度高的节点进行转发

4.5.3查询消息传到目标区域

4.5.4查询消息在目标区域内传播

4.6本章小结

第5章TD_GEAR路由协议的仿真实验及结果分析

5.1 TD_GEAR性能分析

5.1.1安全性能分析

5.1.2安全路由开销分析

5.2仿真参数及网络参数

5.2.1网络性能评估参数

5.2.2网络参数

5.3仿真结果分析

5.3.1安全性测试

5.3.2规模性测试

5.3.3负荷测试

5.4本章小结

第6章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文和参加科研项目情况