无线传感器网络低能耗安全路由协议的研究

摘要

随着无线通信、电子与传感技术的发展，无线传感器网络被广泛地应用于各个领域。无线传感器网络的单个节点能量有限，是一种开放，分布和自组织的网络。网络中节点容易能量耗尽而死亡，网络的拓扑容易受到攻击，最终导致整个网络的不安全。已有的各种路由协议普遍只考虑能耗方面，或者只考虑安全方面，缺乏能耗方面和安全方面的综合考虑。怎么在无线传感器网络中延长整个网络的生命周期，实现网络的安全通信成为目前研究的一个热点。
　　本文的主要工作如下：
　　（1）提出了一种基于节点度限制的低能耗路由协议（low energy consumption and node degree restricted topology algorithm，简称LECND），LECND分成两个部分，成簇阶段和簇间多跳路由建立阶段，在成簇阶段只需要节点的局部信息，根据节点的剩余能量、节点到基站节点的距离和节点上一轮的度，选出簇头节点，形成簇分布。在多跳路由的过程中综合考虑下一跳簇头节点的能量，到基站节点的距离和节点的度数。通过这两个阶段，最后得到整个网络的拓扑结构。LECND延长了网络节点的生存时间。
　　（2）提出一种安全低能耗协议（trust-aware and low energy consumptionsecure topology algorithm，简称TLES）。TLES在LECND的基础上引入信任管理机制，通过综合考虑几种信任因子，得到每个节点的信任值，在成簇阶段引入节点信任值，簇头的选举考虑节点的信任值。TLES能够有效减少网络能耗，同时提高网络的安全性。
　　本文对LECND和TLES进行了实验仿真。仿真的结果表明，与LEACH为代表的层次路由协议相比较，LECND可以有效地降低网络能耗，延长整个网络生存时间，TLES在LECND的基础上综合考虑能量消耗和网络安全问题，实验表明，与其他的路由协议相比较，TLES不仅能够减少网络的能量消耗，同时也能够能有效地排除网络中的恶意节点，确保节点通信的安全性和合理性。

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第1章 绪 论

1.1课题来源

1.2选题背景及意义

1.3主要研究内容

1.4论文组织结构

第2章 无线传感器网络路由协议综述

2.1引言

2.2路由协议的分类

2.3路由协议的安全需求分析

2.4路由协议中常见的攻击类型和防御机制

2.5基于信任模型的安全路由

2.6小结

第3章 基于节点度限制的低能耗路由协议

3.1引言

3.2系统模型和问题描述

3.3无线通信能量模型和问题描述

3.4 LECND协议

3.5实验结果与分析

3.6小结

第4章 基于信任值的低能耗安全路由协议

4.1引言

4.2信任管理机制和信任因子

4.3基于节点度限制协议TLES

4.4实验仿真

4.5小结

结论

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文

附录B 攻读学位期间所参与的研究项目

致谢