物联网感知层数据安全融合技术的研究和实现

摘要

物联网是新一代通信技术的重要组成部分，其应用领域涉及军事、商业、工业、交通、医学等方面。物联网的感知层通常由感知节点组成，具有自组织、大规模、低功耗和低计算存储能力等特性。
　　感知层节点分布密集，大量无线信号同步传输易造成网络拥塞，导致网络丢包率的提高。同时，感知节点由于构造简单，价格低廉，其能量有限，过多的传输开销会导致节点资源的快速消耗。因此，数据融合技术是物联网感知层的关键技术之一，它对于提高网络效率，延长网络生命周期是非常有效的，但无论是通信信道还是感知层节点本身均易受到恶意攻击，从而使得数据融合技术在减少网络传输开销的同时也带来安全隐患，为此，本文在分析和比较多种安全融合算法优缺点的基础上，设计了两种安全融合算法。
　　针对经典算法CMT存在的ID号传输开销过大的问题，设计了一种基于分组压缩和自动纠错的数据安全融合算法EDCSDA。在该算法中，融合节点利用排列组合对参与融合的子节点的ID号进行编码。编码之后，再将结果按照多跳的方式向基站传输，基站按照一定的规则进行解码。通过matlab仿真证明该算法传输开销远小于CMT算法。
　　针对现有的安全融合算法密钥分配和密钥管理机制较为复杂的问题，设计一种无需分配密钥的近似融合算法PADSA。通过对节点采集数据服从的概率分布模型进行分析，在原始采集数据的基础上叠加扰动数据，起到隐藏原始数据的效果。同时通过数学证明了基站在拥有大量节点数据情况下可以很好的还原真实数据的统计结果，而簇头在拥有少量节点数据的情况下无法恢复数据。
　　设计并实现了物联网感知层测试床系统，并在该系统上进行了测试。测试结果证明了两种算法的可行性，同时证明了这两种算法可以在保证安全性的同时切实减少网络的传输开销。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 数据安全融合技术的研究现状

1．3 论文的主要结构

1．3．1 本文的主要工作和贡献

1．3．2 论文的结构和安排

第二章 数据安全融合关键技术

2．1 CMT算法及其改进算法

2．1．1 同态加密

2．1．2 CMT算法

2．1．3 CMT算法的改进

2．2 压缩编码技术

2．3 纠错编码技术

2．4 本章小结

第三章 基于纠错分组压缩编码的数据安全融合方案

3．1 系统结构

3．1．1 网络模型和安全假设

3．1．2 系统参数设计和工作流程

3．2 编码和解码方法

3．2．1 分组压缩编码和解码

3．2．2 纠错编码和解码

3．3 实例验证和性能分析

3．3．1 实例验证

3．3．2 性能分析

3．4 本章小结

第四章 基于概率分布的近似融合方法

4．1 采集数据分布模型

4．2 PADSA算法

4．2．1 PADSA算法思想和系统参数

4．2．2 算法流程及可行性分析

4．3 实例验证和性能分析

4．3．1 实例验证

4．3．2 性能分析

4．4 本章小节

第五章 系统测试

5．1 物联网感知层测试床系统设计

5．1．1 系统结构

5．1．2 系统硬件介绍和软件设计

5．2 测试所需模块功能设计

5．2．1 通信模块

5．2．2 节点部署模块

5．2．3 数据采集模块

5．2．4 QoS性能测试模块

5．3 EDCDSA算法可行性测试

5．4 PADSA算法可行性测试

5．5 CMT、ESCSDA、PADSA算法开销对比

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文工作总结

6．2 下一步工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文与其他科研成果