高可信无线传输协议的研究及实现

摘要

低速无线个域网应用领域非常广阔，在工业控制、商业检测、精细农业、智能家居等不同领域都表现出巨大的应用前景。无线传输协议作为低速无线个域网通信系统中的主要支撑技术，是网络中设备能相互交换信息的关键所在，保证了无线终端数据传输的安全性和稳定性。目前，低速无线个域网中的无线传输协议面临功耗、可移植性、网络拓扑等多方面挑战以及设备信息窃听等多种安全威胁。本文基于IEEE802.15.4标准和ZigBee协议规范，实现了一种可移植性强的高可信无线传输协议。该协议能有效防止恶意设备攻击并延长网络的生命周期，具有较强的实际应用意义。
　　无线传输协议包括物理层、MAC层、网络层和应用层。其中MAC层具有信道扫描、设备关联和数据请求的功能，本文参考ZigBee安全规范，在能进行稳定可靠数据传输的基础上，设计MAC层安全机制，实现MAC层帧保护，避免恶意设备的攻击，增加了网络的安全性。网络层支持网络的建立，主要负责路由的发现和维护，本文研究了分层树路由、AODV路由、能量均衡路由等路由策略，在此基础上改进设计并仿真实现了能量有效的定向控制树路由（EDTR），均衡网络中设备的能量消耗，延长网络的生存寿命。应用层可根据实际应用编写不同的应用程序，本文基于AES算法实现了对应用层应用数据的加密，防止网络中有用信息被盗取，进一步增加网络的安全性。
　　本文采用网络模拟仿真软件NS2对本文中无线传输协议NWK层的路由策略来仿真分析，重点对比分析了AODV路由、能量均衡路由以及本文设计的能量有效的定向控制树路由（EDTR）的性能指标，具有EDTR路由策略具有低功耗、低延迟的特点。另外，本文利用以CC2530为核心的硬件平台对MAC层和应用层的安全机制进行验证，得出本文改进后的无线传输协议具有避免恶意设备攻击以及防止网络中有用信息被盗取的结论。

目录

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 无线传输协议研究重点

1.4 本文研究内容及论文组织结构

第二章 无线传输协议设计及实现

2.1 无线传输协议标准概述

2.2 无线传输协议总体设计

2.3 无线传输协议具体设计与实现

2.4 无线传输协议测试平台

2.5 本章小结

第三章 能量有效的定向控制树路由策略设计及仿真

3.1 NWK层路由策略

3.2 能量有效的定向控制树路由

3.3 路由仿真环境设置

3.4 路由策略仿真

3.5 仿真结果分析

3.6 本章小结

第四章 无线传输协议安全机制设计及验证

4.1 安全机制总体设计

4.2 应用层安全机制研究

4.3 MAC层安全机制研究

4.4 本章小结

第五章 无线传输协议的测试

5.1 无线传输协议硬件测试平台

5.2 无线传输协议测试流程

5.3 组网功能测试

5.4 MAC层安全机制测试

5.5 应用层安全机制测试

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献