无线传感器网络轻量级安全数据融合方案的研究与实现

摘要

在无线传感器网络(Wireless sensor netwoks，简称 WSNs)中，传感器节点具有分布密集、感知协作等特点，这些节点共同完成了信息收集、目标监视和感知环境的任务。但是传感器节点的资源局限性，使其在计算、存储及传输等方面都受到了很强的限制。如果各个节点单独将数据传输到汇聚节点，使网络存在大量的冗余信息，从而浪费大量的通信带宽和宝贵的能量资源。为了避免上述问题，数据融合技术被用来去除冗余信息、减少数据通信量，以节省无线传感器节点的能量，延长网络的生命周期。
　　无线传感器网络的开放性和自组织性使它极易受到各种攻击，对融合数据的攻击将可能产生与事实相悖的结果，从而造成更大的危害。因此，高效可行的安全数据融合方案将为传感器网络尽快在军事、政治、经济等众多安全敏感领域展开实际应用打下坚实基础。近年来无线传感器网络安全数据融合的研究已经取得许多进展，本文从机密性和完整性两个大的方面对现有的经典安全数据融合协议进行了研究和比较。
　　在机密性方案中，采取有效的、非一般模式的加密体制来保证数据融合中隐私数据不被泄露是一个极大的挑战。本文以数据融合的机密性为研究动机，重点研究和深入分析了经典的基于分簇的隐私保护数据融合算法CPDA(Cluster-based Private Data Aggregation)，该算法采用数据扰动技术，较好地保护了数据的隐私，但通信开销和计算开销较大。在此基础上本文提出了一种轻量级的安全数据融合方案 LSDA(Lightweight Secure Data Aggregation)，采用分片重组技术，随着网络规模的变化动态调整簇内节点的分片数量，简化了节点的计算量以及节点间的通信开销，具有较强的灵活性和实用性。最后仿真实验和理论分析证明，LSDA方案在满足一般隐私保护要求的前提下，比CPDA算法花费更少的通信开销和计算开销，并保证了数据融合结果的精确性。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 本文的研究内容

1.3 论文结构安排

第二章 无线传感器网络数据融合技术及安全问题

2.1 无线传感器网络数据融合技术

2.2 数据融合的安全问题

2.3 本章小结

第三章 无线传感器网络安全数据融合协议研究

3.1 基于机密性的安全数据融合方案

3.2 基于完整性的安全数据融合方案

3.3 协议性能对比

3.4 本章小结

第四章 无线传感器网络轻量级安全数据融合方案

4.1 引言

4.2 CPDA 算法概述

4.3 系统介绍

4.4 LSDA：无线传感器网络轻量级安全数据融合方案

4.5 本章小结

第五章 模拟仿真与性能分析

5.1 仿真工具介绍

5.2 仿真实现流程

5.3 仿真结果与分析

5.4 本章小结

第六章 结束语

6.1 总结

6.2 不足与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文