环形分簇的WSN安全节能路由协议的研究与实现

【摘要】：无线传感器网络是一种涉及无线通信、微机电系统、片上系统和低能耗嵌入式技术等多学科的全新的信息获取平台,通常用于实时监测网络区域中的各类监测对象的信息,并将采集后的数据发送到汇聚节点。 网络中的自私节点和恶意节点会影响无线传感器网络的功能,而无线传感器节点自身的资源约束也会导致无线传感器网络协议和应用的设计复杂化,度量节点的信任度已经被证明是一种能够增强无线传感器网络安全性,支持决策和改善节点之间交互的有效解决方案。然而,当前的信任管理方案主要集中于信任模型的建立往往忽视了所提出的信任度模型带来的开销问题。 本文提出了一种基于环的安全节能WSN分簇路由协议,主要从以下两方面进行研究。第一,本文首先提出了一种针对WSN的可靠的轻量化信任度评估算法(LDTE),本文所提出的算法中信任决策基于节点在分簇WSN网络中的角色,由于其节能的特点而非常适用于WSN分簇结构中,由于LDTE算法取消了簇内成员之间的信任度反馈和簇头之间的信任度反馈,在网络中存在恶意节点时这种方法可以显著地提高系统的效率。由于簇头承担着大量的数据发送和通信的任务,LDTE算法采用了一种增强可靠性的方法来根据簇头之间的交互进行信任评估,这种方法可以在降低恶意簇头节点造成的危害同时降低系统开销。第二,本文结合LDTE信任评估算法提出了一种节能安全环形分簇算法,这种分簇算法将网络区域分成同心圆环并在不同的环中构造不同规模的簇,通过这种方式来均衡第一环和其它各环的能耗,同时能有效地降低恶意节点被选择成为簇头的可能性。另外在数据传输阶段本文提出了一种基于信任度的多跳路由算法来避免簇头与汇聚节点之间的远距离通信,该路由算法不但可以避免恶意节点成为路由中的下一跳节点,也可以有效地降低簇头节点的能量开销。最后,将基于信任度的分簇算法和簇间路由算法结合起来,形成一种基于环的节能安全分簇路由协议简称RSECRP。 本文详细阐述了RSECRP分簇路由协议,并在OMNET++网络仿真平台上对RSECRP协议和LEACH协议在同一场景下进行了多组仿真对比实验。结果表明,该分簇路由协议在牺牲了可接受的开销的前提下,不仅提供了在面对恶意节点和自私节点时的鲁棒性,保证可靠的数据交付发送更多的数据给汇聚节点,同时也均衡了网络能量的使用,延迟了节点的死亡时间。 【关键词】：无线传感器网络 LEACH协议 信任度 多跳
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP212.9;TN915.04
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 无线传感器网络概述11-12
• 1.2 无线传感器网络面临的安全问题12-14
• 1.3 无线传感器网络的国内外研究现状14-15
• 1.4 本文研究意义和研究内容15-16
• 1.5 论文的组织结构16-17
• 第2章 无线传感器网络路由协议17-31
• 2.1 无线传感器网络路由协议17-18
• 2.2 无线传感器网络能耗模型18-19
• 2.3 典型无线传感器路由协议及安全性分析19-24
• 2.4 蚁群算法描述24-28
• 2.5 问题的提出28
• 2.6 本章小结28-31
• 第3章 基于环形分簇的节能安全WSN路由协议31-51
• 3.1 LDTE信任评估算法31-40
• 3.1.1 簇内信任度评估33-34
• 3.1.2 簇间信任度评估34-36
• 3.1.3 信任度计算模型36-40
• 3.2 RSECRP路由协议总体设计40-41
• 3.3 RSECRP分簇算法设计41-46
• 3.3.1 RSECRP簇头选举过程41-44
• 3.3.2 RSECRP自组织成簇过程44-46
• 3.4 RSECRP簇间路由算法设计46-50
• 3.4.1 信任关系的建立和维护46-47
• 3.4.2 基于蚁群的簇间路由47-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第4章 基于OMNET++平台的RSECRP协议仿真实现51-67
• 4.1 OMNET++仿真原理51-52
• 4.2 OMNET++仿真过程52-53
• 4.3 RSECRP路由协议仿真实现53-65
• 4.3.1 创建仿真模型54-57
• 4.3.2 消息仿真处理57-58
• 4.3.3 分簇阶段实现58-61
• 4.3.4 簇间路由算法实现61-65
• 4.4 本章小结65-67
• 第5章 仿真结果及分析67-75
• 5.1 实验场景参数67-68
• 5.2 仿真结果与分析68-72
• 5.2.1 RSECRP协议与LEACH协议的网络生存时间对比68-69
• 5.2.2 RSECRP协议与LEACH协议的总体性能比较69-72
• 5.3 本章小结72-75
• 第6章 结论75-77
• 参考文献77-81
• 致谢81

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