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无线传感器网络安全路由协议的研究

作　者: 李海涛
导　师: 王新生
学　校: 燕山大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 无线传感器网络安全路由协议信任模型密钥管理 NS-2
分类号: TN918.82
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着无线传感器网络逐步应用于军事领域和商业领域,其安全性变的越来越重要。无线传感器网络的特殊应用环境导致网络面临着信息泄露、信息篡改、重放攻击和拒绝服务等多种威胁。无线传感器网络的攻击多集中在网络层,严重时会导致整个网络瘫痪。因此,对无线传感器网络安全路由问题的研究紧迫而又具有重要意义,是无线传感器网络安全问题的一个重要研究方向。首先,本文总结了无线传感器网络在解决安全问题上所具有特殊性和困难性。对于无线传感器网络可能遭受的攻击,本文从网络外部攻击和网络内部攻击两方面进行了介绍,并对典型的路由协议以及现有的安全路由协议做出总结与分析。其次,本文对GPER路由协议进行安全性方面的改进。该路由协议在能效问题上做了很好的设计,但是没有考虑安全问题,使其很容易受到攻击,造成网络失效。本文设计一种基于模糊理论的信任模型Fuzzy Trust Model(FTM),并将其应用于GPER路由协议后形成新的路由协议,命名为Secure-GPER。再次,为保证在路由和传输数据时能够对通信进行加密以及对节点进行认证,本文提出一种基于哈希链的密钥协商协议,用来为节点提供加密和认证服务,进一步提高网络避免重放攻击和信息泄露的能力。最后,利用NS-2仿真工具对Secure-GPER路由协议进行仿真。在仿真分析过程中,对原GPER和Secure-GPER路由算法进行比较,并对实验结果从数据包丢包率和数据传输延时两方面比较分析。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-17
  1.1 研究背景  11-13
    1.1.1 无线传感器网络概述  11-12
    1.1.2 网络安全问题概述  12-13
  1.2 研究现状  13-15
  1.3 本文研究内容和组织结构  15-17
第2章安全路由相关问题研究与分析  17-27
  2.1 WSN 安全问题概述  17-18
    2.1.1 WSN 要实现的安全目标  17
    2.1.2 WSN 安全问题的解决难点  17-18
  2.2 WSN 所面临的攻击  18-20
    2.2.1 网络外部攻击  19
    2.2.2 网络内部攻击  19-20
  2.3 WSN 中典型路由协议分析  20-24
    2.3.1 平面路由(Flat Networks Routing)  21
    2.3.2 层次式路由(Hierarchical Networks Routing)  21-22
    2.3.3 基于位置的路由（Location Based Routing）  22-23
    2.3.4 典型路由协议所受到的攻击  23-24
  2.4 WSN 中安全路由协议分析  24-26
  2.5 本章小结  26-27
第3章基于信任管理的安全路由协议  27-43
  3.1 引言  27
  3.2 信任管理  27-28
  3.3 传感器节点的抽象描述  28-30
    3.3.1 传感器节点定义  28-29
    3.3.2 属性描述  29-30
  3.4 模糊信任模型  30-36
    3.4.1 属性值的模糊化  30-32
    3.4.2 信任向量的计算  32-34
    3.4.3 门限触发  34-35
    3.4.4 信誉向量的计算  35-36
  3.5 基于模糊信任模型的Secure-GPER 路由协议  36-42
    3.5.1 GPER 路由协议分析  37
    3.5.2 GPER 路由协议的改进  37-42
  3.6 本章小结  42-43
第4章基于哈希链的密钥管理  43-53
  4.1 引言  43
  4.2 无线传感器网络密钥管理的安全目标  43-45
  4.3 一种基于哈希链的密钥协商协议  45-51
    4.3.1 哈希链介绍  45-46
    4.3.2 密钥协商机制  46-48
    4.3.3 哈希链的更新  48-49
    4.3.4 密钥的更新  49
    4.3.5 节点认证  49-51
  4.4 协议安全性分析  51-52
  4.5 本章小结  52-53
第5章仿真实验及结果分析  53-63
  5.1 仿真平台NS2  53-55
    5.1.1 NS2 简介  53-54
    5.1.2 NS2 的主要模块  54-55
  5.2 仿真实验设计  55-59
    5.2.1 节点的构造  55-57
    5.2.2 消息格式  57
    5.2.3 WSNAgent 和WSNSink  57-58
    5.2.4 FTM Layer  58
    5.2.5 仿真环境设置  58-59
  5.3 实验结果分析  59-61
    5.3.1 丢包率  59-60
    5.3.2 数据传输延时  60-61
  5.4 本章小结  61-63
结论  63-65
参考文献  65-70
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  70-71
致谢  71-72
作者简介  72

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