基于Ad Hoc的无线传感器网络安全节能关键技术的研究

【摘要】：进入二十一世纪以来,高新技术的发展日新月异,多学科交叉领域成为当前研究的热点。MEMS、无线通信、嵌入式系统和传感器技术的发展和融合,推动了具有现代意义的无线传感器网络的产生和发展。无线传感器网络是由分布于一定的监控区域内,用于监测特定环境信息的无线传感器网络结点组成的。作为通信,自动化以及计算机领域的一门新技术,无线传感器网络己经在军事国防、城市管理、环境检测、危险区域的远程控制等领域得到了广泛的研究与应用。本文就是在这样的背景下,探索研究组网方便迅速,通讯安全,体积小型化,能量节省的无线传感器网络。 本文首先回顾了无线传感器网络和Ad Hoc技术的国内外发展现状,并在详细分析本无线传感器项目需求的基础上,选用了更为节能的Zigbee标准作为网络协议,并选用CC2420作为无线收发模块,在此基础上建立了无线传感器网络的应用。 本文的一个重点是对AODV路由协议实现节能及延时性能的改进。节能是无线传感器的最重要要求之一,本文在总结国内外研究成果的基础上,提出了更适用于低俗运动的Ad Hoc网络的节能兼顾延时性路由协议改进策略,包括CMMBR阈值判断、动态功率调整、能量意识的路由选择、广播控制和被动路由更新。和以前的工作相比,本文的节能策略引入了延时性性能的优化。在用NS-2工具对本文的节能兼顾延时改进策略进行仿真测试后,得出在节能效果得到较好改进的前提下,网络延时能减少20%-34%。 本文的另一个重点是在简要分析了Ad Hoc网络可能遇到的安全问题后,在区域性路由协议(ZRP)的基础上提出了安全区域路由协(SZRP)。这种混合式路由协议集合了主动性路由和被动性路由的优点,并且加入了安全机制以保证路由的安全性。用NS-2对SZRP进行仿真测试后,我们得出SZRP在平均数据传输比例,平均路由负载,平均路由获取延时以及恶意结点掉包率等性能方面都达到了我们预期的效果。 【关键词】：无线传感器网络 Ad Hoc AODV CMMBR SZRP
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TN915.08;TP212.9
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-23
• 1.1 无线传感器网络的研究背景和研究意义12-13
• 1.2 无线传感器网络的国内外研究进展13-16
• 1.3 无线传感器网络项目需求分析16-17
• 1.4 系统的硬件框架17-19
• 1.5 系统的软件框架19-20
• 1.6 项目主要难点和本文工作20-23
• 第2章 AD HOC 网络中的安全问题23-33
• 2.1 安全性目标23-24
• 2.2 保障安全性方面的问题和挑战24
• 2.3 Ad Hoc 路由协议中的安全攻击24-28
• 2.3.1 信息泄露攻击25
• 2.3.2 伪装结点攻击25-26
• 2.3.3 篡改攻击26-27
• 2.3.4 伪造攻击27-28
• 2.3.5 中继攻击28
• 2.4 安全机制和解决方案28-30
• 2.4.1 信息加密28-29
• 2.4.2 数字签名和哈希密码保护29
• 2.4.3 密钥管理方法29-30
• 2.5 路由的安全性30-32
• 2.5.1 安全路由协议的要求30
• 2.5.2 Ad Hoc 网络的认证路由(ARAN)30-32
• 2.6 本章总结32-33
• 第3章 基于CC2420 的网络安全的实现33-46
• 3.1 802.15.4 的安全模式定义33-34
• 3.2 CC2420 的硬件安全机制34-38
• 3.3 安全机制的编程实现38-43
• 3.3.1 安全数据结构38
• 3.3.2 安全的初始化38-39
• 3.3.3 安全的函数定义39-43
• 3.4 协议栈中安全机制的实现43-44
• 3.4.1 数据收发的加解密43
• 3.4.2 组网安全的实现43-44
• 3.5 安全测试结果44-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第4章 安全区域路由协议46-67
• 4.1 协议综述46-48
• 4.2 验证过程48-49
• 4.3 安全区域路由的设计49-51
• 4.3.1 设计假设49
• 4.3.2 系统结构49-51
• 4.4 安全路由算法51-56
• 4.4.1 区域内安全路由52-53
• 4.4.2 区域外安全路由53-56
• 4.5 主动路由计算56-57
• 4.6 路由维护57-58
• 4.7 对安全区域路由协议的分析58-59
• 4.8 安全区域路由的仿真59-66
• 4.8.1 安全性模型59-60
• 4.8.2 性能指标60-61
• 4.8.3 仿真和结果分析61-66
• 4.9 本章小结66-67
• 第5章 基于节能要求的路由协议的研究和改进67-86
• 5.1 Zigbee 路由协议基本原理67-71
• 5.1.1 AODV 路由协议中的数据结构68
• 5.1.2 AODV 的路由建立和维护68-71
• 5.2 AODV 在有节能要求的无线传感网中的局限和不足71-73
• 5.2.1 发射功率的损耗71-72
• 5.2.2 网络“过热”区域的产生72-73
• 5.2.3 网络冗余广播73
• 5.3 Ad hoc 节能路由协议的国内外研究现状73-74
• 5.4 基于位置信息的动态功率调整74-76
• 5.5 网络平均功率的估计和能量意识的路由76-80
• 5.5.1 能量相关的代价评价函数76-77
• 5.5.2 RREQ 广播控制和被动路由更新77-78
• 5.5.3 网络平均能量的估计78-79
• 5.5.4 基于CMMBR 的自调节传输协议79-80
• 5.6 仿真场景设计和测试方法80-81
• 5.7 仿真结果和结果分析81-84
• 5.7.1 仿真结果分析81-84
• 5.7.2 阈值γ 的讨论84
• 5.8 本章小结84-86
• 第6章 总结与展望86-87
• 参考文献87-95
• 致谢95-96
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文96

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