无线传感器网络信任评估模型与方法研究

摘要

无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）由于其功耗低、成本低并且具有独立感知、数据存储、处理以及无线通信能力而被广泛应用于军事、农业、健康、环境等多个方面，但由于传感器节点通常部署在开放环境中，且节点本身在计算、存储、带宽、能量等方面的资源均有限，缺乏必要的安全保障，容易被攻击捕获，严重威胁网络安全。因此，数据传输的安全可靠性对于无线传感器网络至关重要。传统的密码体制只能解决外部攻击，而对传感器节点的内部攻击无能为力。利用信任评估机制区分恶意节点与正常节点，能够有效解决节点被俘获攻击所导致的内部攻击问题，对保障网络安全、提高网络性能有重要意义。
　　为建立无线传感器网络可靠高效的数据传输环境，顺利实现网络正常功能，迫切需要对信任评估和层次路由的关键技术进行深入研究。本论文在分析了无线传感器网络的安全问题及相关技术研究现状的基础上，从节点信任角度出发对节点信任程度进行评价，并对网络路由进行改进，排除恶意节点，提高网络性能。
　　本论文的主要工作包括以下两部分:
　　(1)设计了无线传感器网络节点信任评估模型及计算方法，以发送速率、新鲜性、相关性、转发率和完整性作为信任因子对节点进行信任值评估，通过评估主体自己监测数据以及中间节点推荐信任值综合计算得出评估客体的信任情况，从信任值的角度区分正常节点与恶意节点;
　　(2)在前项工作基础上，以低功耗自适应集簇分层型协议（Low EnergyAdaptive Clustering Hierarchy, LEACH）为基础对网络路由协议进行改进:首先，考虑节点信任值，在簇头选举及簇形成阶段均将节点信任值作为考虑因素，排除恶意节点成为簇头及簇内成员的可能性，拒绝恶意节点参与网络数据传输;其次，设计簇头数据传输的多跳机制，以跳数为衡量标准，并考虑簇头节点信任值及能量剩余情况，簇头节点数据经多跳后到达汇聚节点(Sink)而非直接发送至Sink节点。这样能够平衡网络能量负载，避免远距离簇头由于发送数据能量损耗过大而快速成为盲节点，同时防止孤立恶意簇头节点直接发送虚假数据至Sink节点，以此提高网络生命周期以及安全性能。本部分以LEACH协议为基础进行研究，但改进方案不仅限于LEACH协议，也可扩展应用与其他分层类路由协议中。
　　仿真结果表明，通过节点信任值计算可准确区分出正常节点与恶意节点，且利用改进LEACH协议可有效均衡网络能量负载，提高网络生存周期及网络性能。

目录

声明

致谢

摘要

1 概述

1．1 无线传感器网络

1．1．1 无线传感器网络的特点

1．1．2 无线传感器网络的应用

1．1．3 无线传感器网络的研究意义

1．2 选题背景及研究意义

1．3 论文内容及组织结构

2 WSN安全技术相关研究

2．1 引言

2．2 WSN安全研究现状

2．2．1 WSN安全需求

2．2．2 WSN网络安全威胁

2．2．3 WSN安全研究进展

2．3 常见无线传感器网络攻击类型

2．3．1 选择转发攻击

2．3．2 Sinkhole攻击

2．3．3 Sybil攻击

2．3．4 Wormholes攻击

2．3．5 HELLO Flood攻击

2．3．6 确认欺骗攻击

2．4 本章小结

3 WSN网络基于节点信任值的评估模型

3．1 引言

3．2 信任因子

3．3 计算节点信任值

3．3．1 计算节点直接信任值

3．3．2 计算节点间接信任值

3．3．3 计算节点最终信任值

3．4 仿真分析

3．5 本章小结

4 基于节点信任值的改进LEACH协议

4．1 引言

4．2 LEACH协议及分析

4．2．1 LEACH协议介绍

4．2．2 LEACH协议分析

4．3 基于节点信任值的改进LEACH协议

4．3．1 簇头节点选举函数

4．3．2 改进的LEACH协议层次路由

4．4 仿真分析

4．5 本章小结

5 结论与展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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