移動Ad Hoc網絡全局互聯下開銷控制與可信保障研究.pdf

1、移動Ad Hoc網絡（Mobile Ad Hoc Network，MANET）具有無中心、自動配置、自組織等特點，無需網絡基礎設施就可以自動組網。正是因為具有這些特征，移動Ad Hoc網絡引發(fā)了人們的關注，并在應急救災、軍事等很多領域得到應用。將移動Ad Hoc網絡接入Internet形成一個全局互聯的網絡具有一定的現實意義，這不僅可以彌補移動Ad Hoc網絡資源不足的缺點，使其能夠應用到更多的領域，還能利用移動Ad Hoc網絡的快速部

2、署能力使Internet覆蓋更廣的區(qū)域。
　　然而，移動Ad Hoc網絡與Internet之間存在巨大的技術差異，不能直接通信?？梢酝ㄟ^架設網關設備進行協議轉換、屏蔽技術差異，實現互聯互通。鑒于移動Ad Hoc網絡的動態(tài)拓撲特性，互聯過程中產生的大量控制信息會對異構網絡間的通信性能產生巨大影響。此外，移動Ad Hoc網絡因固有的開放性特點，與Internet互聯過程中會面臨很多安全風險。這對移動節(jié)點正常接入Internet產生威脅

3、，甚至會導致接入失敗，使異構網絡間通信的可靠性和安全性得不到保障。因此，要在移動Ad Hoc網絡與Internet之間實現高效安全的數據通信，研究高效可信的互聯機制是必不可少的基礎性工作。這些研究對進一步將這種異構網絡推廣到更多的應用領域具有重要意義。
　　本論文在移動Ad Hoc網絡通過網關接入Internet的架構下，專注于研究高效可信的互聯互通解決方案，為可信數據傳輸奠定基礎。設計高效網關發(fā)現方案，減少控制開銷，將更多的無線

4、帶寬等資源留給數據傳輸;對網絡環(huán)境進行可信性管理，使網絡行為及結果可預期、行為狀態(tài)可檢測、異常行為可控制，構建可信的網絡接入環(huán)境。在不同的網絡環(huán)境中降低互聯過程中的控制開銷，搭建一個可評估、可控制、可信任的安全接入機制是非常具有挑戰(zhàn)性的任務。本論文從不同方面開展研究，創(chuàng)新性工作體現在以下幾個方面:
　　(1)提出了基于傳播子網的網關公告信息定向傳播機制,通過部分節(jié)點的參與將網關公告信息轉發(fā)到源節(jié)點，減少控制開銷。在網關發(fā)現機制中，

5、網關采用廣播的方式在MANET中洪范網關公告信息。然而，只有欲接入Internet的節(jié)點才需要獲取網關公告信息，所以將這些信息只傳送給有需要的節(jié)點可以減少控制開銷。鑒于此，設計了基于傳播子網的網關公告信息傳播控制機制，只允許傳播子網內的節(jié)點參與轉發(fā)。傳播子網是由網關、源節(jié)點和部分轉發(fā)節(jié)點組成的移動AdHoc網絡子網，可以根據源節(jié)點、網關的位置關系自適應調整覆蓋區(qū)域和大小。借鑒蟻群優(yōu)化算法，使用網關信息素實現傳播子網的劃分、自適應調整、規(guī)

6、?？刂频葎討B(tài)維護機制。經過仿真實驗驗證，基于傳播子網的網關發(fā)現機制可以在多種測試場景中減少控制開銷，有效提升異構網絡間的通信性能。
　　(2)提出了基于網關按需廣播策略的網關發(fā)現機制。為了適應移動Ad Hoc網絡的拓撲動態(tài)性，網關需要周期性地執(zhí)行廣播操作。然而，周期性廣播操作方式會遭遇冗余廣播或廣播不及時的情況，這會導致網關發(fā)現機制產生大量的控制開銷。為解決這些問題，設計了網關按需廣播的策略，改善廣播操作的有效性。采用分布式的方式

7、監(jiān)測源節(jié)點對網關公告信息的需求狀況，當監(jiān)測節(jié)點預測某個（些）節(jié)點需要網關公告信息時，則計算網關執(zhí)行廣播操作的對應時間，并觸發(fā)網關執(zhí)行廣播操作。通過按需執(zhí)行廣播操作，網關發(fā)現機制可以避免因冗余廣播及廣播操作不及時所產生的控制開銷。仿真實驗表明，在不同場景下，該廣播策略可以通過提升廣播操作的有效性減少控制開銷，改善網絡性能。
　　(3)提出了基于網關仲裁的證書撤銷算法。移動Ad Hoc網絡是開放性網絡，采用身份認證機制可以避免非認證節(jié)

8、點參與網絡活動。然而，移動Ad Hoc節(jié)點的物理防護性較差，容易被敵方捕獲、非法控制，從而以合法身份發(fā)起網絡攻擊。因此應及時撤銷非法節(jié)點的證書，保障網絡環(huán)境的可信性。針對移動Ad Hoc網絡通過網關與Internet互聯的應用環(huán)境，提出了一種基于網關仲裁的證書撤銷算法。該算法為節(jié)點賦予一定的投票權重，并借鑒基于投票的證書撤銷算法的思想。在此基礎上，為了提高證書撤銷速度，設計了快速證書撤銷策略，使得只需少量節(jié)點參與投票就能夠以一定的準確率

9、快速撤銷非法節(jié)點的證書。同時為了進一步提高撤銷準確率，設計了基于網關的誤撤銷申訴機制，由網關對申述進行仲裁，更正錯誤的撤銷決定。仿真實驗表明，本撤銷算法能夠綜合基于投票的證書撤銷算法和非基于投票的證書撤銷算法的優(yōu)點，在撤銷時間、撤銷準確率及撤銷開銷等指標上取得較好的綜合性能。
　　(4)將節(jié)點可信性融入網絡互聯過程中，提出了一種可信網關發(fā)現機制。移動Ad Hoc網絡作為一個自組織網絡，節(jié)點接入Internet過程中需要很多節(jié)點的誠

10、信協作，然而惡意節(jié)點或自私節(jié)點的不配合行為會破壞網關發(fā)現過程及異構網絡間的數據傳輸。因此，在接入Internet過程中，應避免不可靠節(jié)點參與網關發(fā)現過程，保證移動Ad Hoc網絡和Internet互聯的可信性。為此，首先建立節(jié)點協作可信性動態(tài)評估模型，周期性地評估節(jié)點在網絡活動中的協作能力、協作意愿。然后將節(jié)點的可信性作為網關發(fā)現機制的一項決策參數。根據上游轉發(fā)節(jié)點的可信度，為網關公告信息設定轉發(fā)延遲;根據可信度和轉發(fā)必要性為節(jié)點計算轉