基于互监督机制的WSN安全数据融合算法研究

摘要

无线传感器网络作为继互联网之后的又一新兴技术，集成了传感器，计算机和无线通信等技术，已成为国内外的研究热点之一，正被广泛地应用在军事，环境监测，家庭医疗等各个领域。无线传感器网络一般密集部署，网络规模庞大，存在一定的数据冗余，同时单个传感器节点能量有限，因此延长网络生命周期，节省能量成为无线传感器网络设计的主要目标。相关研究表明，能量的消耗大部分是在进行数据传输时消耗的，数据融合技术能有效地消除掉冗余数据，减少数据包的传输，因此成为解决缓解无线传感器网络资源瓶颈问题的一种有效方法。但是，受无线传感器网络自身的一些限制，数据融合也可能会受到能量耗尽攻击，虚假数据注入攻击等各种攻击。针对外部攻击，可以使用传统的加密机制来保证其安全性，但是部署在危险区域的传感器节点很容易被捕获而发生内部攻击，通信密钥等各种隐秘信息被窃取，从而发送一些虚假的数据来消耗网络能量，影响数据融合。
　　为了减轻或消除捕获节点修改或注入的虚假数据对数据融合结果造影响，并检测出这些被捕获的节点，本文提出了一种基于互监督机制的无线传感器网络安全数据融合算法。首先，设计了一种安全的数据融合算法，过滤掉虚假感知数据或异常数据，得到有效，高质量的数据，从而得到一个准确的数据融合结果。其次，设计了一种成员节点，融合节点相互监督的机制和算法，融合节点通过比较成员节点发送的数据和最终的数据融合值，更新成员节点的发送正常数据计数器和发送异常数据计数器，来检测被捕获的成员节点。成员节点通过监听融合节点发送出去的数据融合值，来检测被捕获的融合节点。最后，对节点被捕获后，对数据融合造成的影响进行了分析并进行了理论证明。仿真实验表明，本文提到的算法在保证能耗不大的情况下，能够有效地检测出恶意节点，保证传感器网络安全数据融合结果的准确性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 本文工作

1．3 本文结构

第2章 WSN及其安全数据融合

2．1 WSN简介

2．1．1 WSN体系结构

2．1．2 WSN的特点

2．2 WSN安全问题

2．2．1 WSN安全需求

2．1．2 WSN安全弱点

2．1．3 WSN易遭受的攻击和分类

2．3 WSN安全数据融合概述

2．3．1 WSN数据融合技术

2．3．2 WSN数据融合面临的安全问题

2．3．3 WSN数据融合安全需求

2．3．4 WSN安全数据融合研究现状

2．4 本章小结

第3章 基于互监督机制的WSN安全数据融合算法

3．1 问题定义

3．1．1 网络体系结构模型

3．1．2 假设和前提

3．2 数据融合算法

3．2．1 问题描述

3．2．2 算法描述

3．3 互监督算法

3．3．1 概述

3．3．2 融合节点监督成员节点算法

3．3．3 成员节点监督融合节点算法

3．4 攻击者对数据融合影响分析

3．4．1 攻击者为成员节点

3．4．2 攻击者为融合节点

3．5 本章小结

第4章 仿真实验与分析

4．1 OMNeT++介绍

4．2 仿真实验与分析

4．2．1 实验环境搭建

4．2．2 恶意节点检测率

4．2．3 恶意节点检测响应时间

4．2．4 融合结果的比较

4．3 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 本文主要工作

5．2 下一步工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间参加的项目及发表的论文