基于时空相关性的传感器网络安全定位的研究

摘要

无线传感器网络是一种涉及多学科高度交叉、知识高度集成以及不依赖任何固定基础设施的移动性对等网络。它由几十个甚至上百个节点临时组建而成，没有固定的网络中心，采用多跳的方式进行节点间的无线通信。由于组网灵活且易于维护等，无线传感器网络在民用和军事等领域具有十分广阔的应用前景。
　　节点定位问题是无线传感器网络的关键技术之一。在无线传感器网络中，位置信息对传感器网络的监测活动是至关重要的。本文所研究的是无线传感器网络中的移动节点安全定位问题。其中移动节点定位的算法大多都是基于蒙特卡洛方法（MonteCarloLocalization）。这些已存在的基于跳数的蒙特卡洛定位算法定位精度高，通信开销低;然而该类方法忽略了跳距歧义问题，即一个节点到锚节点之间有不同的距离估计，但它们都用相同的跳距统一代替节点之间的估计距离。本论文运用节点相关邻居距离RND等节点的邻居信息计算待定位节点与锚节点之间的估计距离，从而代替Bounding-Box约束范围中统一使用的节点之间通信范围R。然而用相关邻居距离计算的节点之间的估计距离依旧存在误差，所以根据实验仿真数据总结得到邻居节点数量约束规则，获得新的基于信标节点跳数变化的约束规则，进而缩减Bounding-Box的约束区域。在此基础上，为了减少通信消耗，提出了一个简单改进的扇形方案来代表每个待定位节点可能的位置区域，进一步缩小采样区域，提高采样效率。
　　由于无线传感器网络节点通常部署在开放的、无人值守的恶劣环境中，节点定位过程很容易遭受到内部或外部的攻击，致使待定位节点获得与实际位置信息相差很远的错误位置信息。所以检测传感器节点在网络中的位置信息是否正确，是无线传感器网络中安全定位研究的一个重要问题。本文在S-NDCMCL定位算法的基础上，针对网络节点所面临的安全性问题以及常规欺骗攻击，提出了有效的安全机制，能够避免和抵抗攻击者的恶意攻击。

目录

声明

学位论文主要创新点

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与研究现状

1．2 无线传感器网络概述

1．2．1 无线传感器网络的体系结构

1．2．2 无线传感器网络的特点

1．2．3 无线传感器网络的应用领域

1．2．4 无线传感器网络的关键技术

1．3 论文的研究内容及结构安排

第二章 无线传感器网络定位技术与算法

2．1 定位基本原理

2．2 典型的定位算法

2．3 定位算法性能指标

2．4 本章小结

第三章 无线传感器网络安全定位技术

3．1 安全定位重要性

3．2 定位攻击分析

3．3 安全定位算法

3．4 本章小结

第四章 基于相关邻居距离约束的蒙特卡洛定位方法

4．1 引言

4．2 网络模型和参数定义

4．2．1 网络模型

4．2．2 参数定义

4．3 相关邻居距离约束的蒙特卡洛算法步骤

4．3．1 节点相关邻居距离计算

4．3．2 信标节点邻居距离约束规则

4．3．3 信标节点约束区域的建立

4．3．4 普通邻居节点约束区域的建立

4．3．5 采样和样本过滤

4．3．6 权值计算

4．3．7 算法流程

4．4 实验结果和仿真分析

4．4．1 仿真场景设置

4．4．2 定位误差

4．4．3 采样区域

4．4．4 采样效率

4．4．5 定位计算开销

4．4．6 通信开销

4．5 本章小结

第五章 基于S-NDCMCL方法的安全定位机制

5．1 基于S-NDCMCL算法的安全性分析

5．2 网络安全通信机制

5．3 节点位置信息的有效性检测

5．3．1 信标节点位置信息的有效性监测

5．3．2 邻居普通节点位置信息的有效性监测

5．3．3 邻居节点列表的有效性监测

5．4 实验仿真分析

5．4．1 恶意信标节点欺骗攻击

5．4．2 恶意普通邻居节点欺骗攻击

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 论文研究展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢