基于Ad Hoc的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)的研究

【摘要】：進(jìn)入二十一世紀(jì)以來,高新技術(shù)的發(fā)展日新月異,多學(xué)科交叉領(lǐng)域成為當(dāng)前研究的熱點。MEMS、無線通信、嵌入式系統(tǒng)和傳感器技術(shù)的發(fā)展和融合,推動了具有現(xiàn)代意義的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由分布于一定的監(jiān)控區(qū)域內(nèi),用于監(jiān)測特定環(huán)境信息的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)點組成的。作為通信,自動化以及計算機(jī)領(lǐng)域的一門新技術(shù),無線傳感器網(wǎng)絡(luò)己經(jīng)在軍事國防、城市管理、環(huán)境檢測、危險區(qū)域的遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域得到了廣泛的研究與應(yīng)用。本文就是在這樣的背景下,探索研究組網(wǎng)方便迅速,通訊安全,體積小型化,能量節(jié)省的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。 本文首先回顧了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和Ad Hoc技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀,并在詳細(xì)分析本無線傳感器項目需求的基礎(chǔ)上,選用了更為節(jié)能的Zigbee標(biāo)準(zhǔn)作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,并選用CC2420作為無線收發(fā)模塊,在此基礎(chǔ)上建立了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。 本文的一個重點是對AODV路由協(xié)議實現(xiàn)節(jié)能及延時性能的改進(jìn)。節(jié)能是無線傳感器的最重要要求之一,本文在總結(jié)國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上,提出了更適用于低俗運動的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能兼顧延時性路由協(xié)議改進(jìn)策略,包括CMMBR閾值判斷、動態(tài)功率調(diào)整、能量意識的路由選擇、廣播控制和被動路由更新。和以前的工作相比,本文的節(jié)能策略引入了延時性性能的優(yōu)化。在用NS-2工具對本文的節(jié)能兼顧延時改進(jìn)策略進(jìn)行仿真測試后,得出在節(jié)能效果得到較好改進(jìn)的前提下,網(wǎng)絡(luò)延時能減少20%-34%。 本文的另一個重點是在簡要分析了Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)可能遇到的安全問題后,在區(qū)域性路由協(xié)議(ZRP)的基礎(chǔ)上提出了安全區(qū)域路由協(xié)(SZRP)。這種混合式路由協(xié)議集合了主動性路由和被動性路由的優(yōu)點,并且加入了安全機(jī)制以保證路由的安全性。用NS-2對SZRP進(jìn)行仿真測試后,我們得出SZRP在平均數(shù)據(jù)傳輸比例,平均路由負(fù)載,平均路由獲取延時以及惡意結(jié)點掉包率等性能方面都達(dá)到了我們預(yù)期的效果。 【關(guān)鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò) Ad Hoc AODV CMMBR SZRP
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TN915.08;TP212.9
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 緒論12-23
• 1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究背景和研究意義12-13
• 1.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的國內(nèi)外研究進(jìn)展13-16
• 1.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)項目需求分析16-17
• 1.4 系統(tǒng)的硬件框架17-19
• 1.5 系統(tǒng)的軟件框架19-20
• 1.6 項目主要難點和本文工作20-23
• 第2章 AD HOC 網(wǎng)絡(luò)中的安全問題23-33
• 2.1 安全性目標(biāo)23-24
• 2.2 保障安全性方面的問題和挑戰(zhàn)24
• 2.3 Ad Hoc 路由協(xié)議中的安全攻擊24-28
• 2.3.1 信息泄露攻擊25
• 2.3.2 偽裝結(jié)點攻擊25-26
• 2.3.3 篡改攻擊26-27
• 2.3.4 偽造攻擊27-28
• 2.3.5 中繼攻擊28
• 2.4 安全機(jī)制和解決方案28-30
• 2.4.1 信息加密28-29
• 2.4.2 數(shù)字簽名和哈希密碼保護(hù)29
• 2.4.3 密鑰管理方法29-30
• 2.5 路由的安全性30-32
• 2.5.1 安全路由協(xié)議的要求30
• 2.5.2 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證路由(ARAN)30-32
• 2.6 本章總結(jié)32-33
• 第3章 基于CC2420 的網(wǎng)絡(luò)安全的實現(xiàn)33-46
• 3.1 802.15.4 的安全模式定義33-34
• 3.2 CC2420 的硬件安全機(jī)制34-38
• 3.3 安全機(jī)制的編程實現(xiàn)38-43
• 3.3.1 安全數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)38
• 3.3.2 安全的初始化38-39
• 3.3.3 安全的函數(shù)定義39-43
• 3.4 協(xié)議棧中安全機(jī)制的實現(xiàn)43-44
• 3.4.1 數(shù)據(jù)收發(fā)的加解密43
• 3.4.2 組網(wǎng)安全的實現(xiàn)43-44
• 3.5 安全測試結(jié)果44-45
• 3.6 本章小結(jié)45-46
• 第4章 安全區(qū)域路由協(xié)議46-67
• 4.1 協(xié)議綜述46-48
• 4.2 驗證過程48-49
• 4.3 安全區(qū)域路由的設(shè)計49-51
• 4.3.1 設(shè)計假設(shè)49
• 4.3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)49-51
• 4.4 安全路由算法51-56
• 4.4.1 區(qū)域內(nèi)安全路由52-53
• 4.4.2 區(qū)域外安全路由53-56
• 4.5 主動路由計算56-57
• 4.6 路由維護(hù)57-58
• 4.7 對安全區(qū)域路由協(xié)議的分析58-59
• 4.8 安全區(qū)域路由的仿真59-66
• 4.8.1 安全性模型59-60
• 4.8.2 性能指標(biāo)60-61
• 4.8.3 仿真和結(jié)果分析61-66
• 4.9 本章小結(jié)66-67
• 第5章 基于節(jié)能要求的路由協(xié)議的研究和改進(jìn)67-86
• 5.1 Zigbee 路由協(xié)議基本原理67-71
• 5.1.1 AODV 路由協(xié)議中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)68
• 5.1.2 AODV 的路由建立和維護(hù)68-71
• 5.2 AODV 在有節(jié)能要求的無線傳感網(wǎng)中的局限和不足71-73
• 5.2.1 發(fā)射功率的損耗71-72
• 5.2.2 網(wǎng)絡(luò)“過熱”區(qū)域的產(chǎn)生72-73
• 5.2.3 網(wǎng)絡(luò)冗余廣播73
• 5.3 Ad hoc 節(jié)能路由協(xié)議的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀73-74
• 5.4 基于位置信息的動態(tài)功率調(diào)整74-76
• 5.5 網(wǎng)絡(luò)平均功率的估計和能量意識的路由76-80
• 5.5.1 能量相關(guān)的代價評價函數(shù)76-77
• 5.5.2 RREQ 廣播控制和被動路由更新77-78
• 5.5.3 網(wǎng)絡(luò)平均能量的估計78-79
• 5.5.4 基于CMMBR 的自調(diào)節(jié)傳輸協(xié)議79-80
• 5.6 仿真場景設(shè)計和測試方法80-81
• 5.7 仿真結(jié)果和結(jié)果分析81-84
• 5.7.1 仿真結(jié)果分析81-84
• 5.7.2 閾值γ 的討論84
• 5.8 本章小結(jié)84-86
• 第6章 總結(jié)與展望86-87
• 參考文獻(xiàn)87-95
• 致謝95-96
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文96

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