无线传感器网络安全路由协议研究

摘要

无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是自组织网络的一种。无线传感器网络将大量可以以无线通信方式进行数据传播的传感器节点散布在监视区域内，通过传感器节点之间的协作来感知、采集各类环境或监测对象的信息，并由传感器对这些信息进行处理以及传输。无线传感器网络的技术包括了传感器技术、无线通信技术和嵌入式计算等技术。
　　由于传感器节点是由电池供电，而由于成本限制电池是不可再充电的并且难以替换，如果大量的节点由于负荷过大而能量过早耗尽死亡，就会导致网络结构严重破坏，从而影响网络的性能和生存时间。节点能量有限的特点要求网络工作时节点的计算量不能过大，这就限制了无线传感网路由算法的复杂性，如何设计节能高效的路由算法，是无线传感网技术研究的热门领域之一。基于分簇的层次式路由协议相对于平面路由协议在能耗上有明显的优势，而传统的层次式路由协议如LEACH等，簇头的选取采用完全随机的方式，并没有考虑节点的剩余能量也没有对节点的表现进行衡量，簇头的质量难以保证，这使得网络的通信质量会由于不良节点或恶意节点竞选为簇头而下降。本文提出的新算法LEACH-ET是一种基于分簇的路由算法，在分簇过程中加入能量感知（Residual Energy）和信任度衡量（Trust Value）这两个因素，不仅很好地提高了路由的能效还提高了网络的通信质量和安全性。LEACH-ET对传统层次式路由算法的改进还包括簇头数量和簇头间最小距离的控制，这些改进都能够使簇头分布更均匀合理，提高网络资源的利用率，提高网络的通信质量。
　　无线传感网节点资源的有限决定了路由算法不能太复杂，而一般较为简单的路由算法对恶意节点攻击的抵抗力较弱。而无线传感网的应用场景又往往是敌方区域或者是环境恶劣的野外，遭遇攻击的几率很大。所以无线传感网的安全路由也是一个非常重要的研究领域。而在LEACH协议中，并没有考虑针对恶意节点的安全机制，安全性能较差，故本文在分簇式路由算法的基础上加入了恶意节点认证机制，首先在提出的LEACH-ET算法中加入了二次信任判断机制，根据节点的信任度值来判断其是否有攻击嫌疑，并且采用二次判断的机制来降低误判的可能性。之后提出的LEACH-GET算法又加入了地理位置信息认证机制，通过将地理位置信息认证机制与二次信任判断机制相结合，能够进一步提高恶意节点识别的速度和准确度，有效地提高了路由的安全性。
　　仿真结果证明，本文提出的LEACH-GET算法相比传统的层次式路由协议有着更好的能效，并且提高了网络的通信质量和安全性能。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究的主要内容与创新点

1.4 论文的章节安排

第2章 无线传感器网络概述

2.1基本概念

2.2无线传感器网络的六大典型应用

2.3无线传感器网络的路由协议

2.4无线传感器网络的安全威胁

2.5 本章小结

第3章 基于可信度与剩余能量的无线传感器网络安全路由算法

3.1 系统模型

3.2 基于可信度与剩余能量的路由算法设计

3.3 仿真分析

3.4 本章小结

第4章 基于地理位置信息的恶意节点发现机制

4.1 基于地理位置信息的无线传感网定位技术

4.2 基于地理位置信息的恶意节点发现机制

4.3 仿真分析

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1工作总结

5.2 展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的论文

致谢