基于Ad hoc技術(shù)的家庭網(wǎng)絡(luò)及其安全性研究.pdf

1、家庭網(wǎng)絡(luò)作為一個為家庭用戶提供家庭娛樂、數(shù)據(jù)傳輸以及家電控制等智能服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部節(jié)點(diǎn)之間的互聯(lián)互通，還可以通過家庭網(wǎng)關(guān)接入到廣域網(wǎng)。目前，家庭網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)技術(shù)多達(dá)數(shù)十種，而寬帶無線技術(shù)是最適合家庭網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)技術(shù)。Adhoc網(wǎng)絡(luò)是由移動節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的，不依賴任何固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線網(wǎng)絡(luò)。由于不需要固定基礎(chǔ)設(shè)施的支持，以及迅速部署的特點(diǎn)，Adhoc網(wǎng)絡(luò)非常適合通信基礎(chǔ)設(shè)施不存在或者無法正常使用的環(huán)境，其潛在的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。移動

2、Adhoc網(wǎng)絡(luò)具有在小范圍內(nèi)無需網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、隨時進(jìn)行組網(wǎng)的特性，有利于組建一個操作簡單、組網(wǎng)靈活、價格低廉且范圍小的家庭網(wǎng)絡(luò)。本文以移動Adhoc組網(wǎng)技術(shù)在家庭網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用為背景，對家庭網(wǎng)絡(luò)的分層模型、Adhoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議、Adhoc家庭網(wǎng)絡(luò)的安全策略和機(jī)制進(jìn)行了深入研究。
　　針對家庭網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的業(yè)務(wù)和服務(wù)特點(diǎn)，根據(jù)OSI模型，在深入研究數(shù)據(jù)鏈路層信道共享技術(shù)中MAC層CSMA/CA協(xié)議及其DCF機(jī)制和MAC層協(xié)議的信道利用效率

3、的基礎(chǔ)上，提出了一種基于Adhoc模式的無線家庭網(wǎng)絡(luò)分層模型，設(shè)計(jì)出一個用于家庭網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間通信的通信子網(wǎng)，包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層，并對物理層傳輸技術(shù)、鏈路層信道共享技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)層路由技術(shù)進(jìn)行了分析和研究。仿真結(jié)果表明，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有即興組網(wǎng)、操作簡單、組網(wǎng)靈活、價格低廉等特點(diǎn)，能夠滿足家庭網(wǎng)絡(luò)的需求。
　　路由協(xié)議是Adhoc網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)，也是影響網(wǎng)絡(luò)整體性能最重要的因素之一。傳統(tǒng)的固定網(wǎng)絡(luò)中，主機(jī)之間的連接是固定的，

4、網(wǎng)絡(luò)采用層次化的體系結(jié)構(gòu)，并具有穩(wěn)定的拓?fù)洌哂新酚善鞣?wù)、命名服務(wù)、目錄服務(wù)的功能；而在移動Adhoc網(wǎng)絡(luò)中沒有基站或中心節(jié)點(diǎn)，所有節(jié)點(diǎn)都是移動的，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動態(tài)變化，節(jié)點(diǎn)間通過無線信道進(jìn)行連接，沒有專門的路由器，節(jié)點(diǎn)自身同時需要充當(dāng)路由器，沒有命名服務(wù)、目錄服務(wù)等網(wǎng)絡(luò)功能。針對傳統(tǒng)的路由協(xié)議已經(jīng)不能夠適應(yīng)Adhoc網(wǎng)絡(luò)動態(tài)變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，研究了AODV和DSR兩種按需路由協(xié)議的原理及各自特點(diǎn)。按需路由雖然會增加數(shù)據(jù)分組因?yàn)?/p>

5、等待路由建立產(chǎn)生的延時，但由于協(xié)議不需要節(jié)點(diǎn)周期性地交換路由信息，因而節(jié)省了有限的無線資源.這一點(diǎn)在無線通信中尤為重要。在此基礎(chǔ)上，提出利用本地化的路由自愈模型對AODV路由進(jìn)行優(yōu)化的方法，并將IPv6中采用的選播協(xié)議模型引入到Adhoc家庭網(wǎng)中，設(shè)計(jì)了基于DSR的選播路由協(xié)議A-DSR，以解決自組網(wǎng)由于節(jié)點(diǎn)移動而造成路由失效，必須隨時對路由情況做出修正的問題。仿真結(jié)果表明改進(jìn)的路由協(xié)議算法通過與數(shù)據(jù)鏈路層的合作，能夠較好地改善路由質(zhì)量

6、，網(wǎng)絡(luò)的吞吐率及協(xié)議的性能均得到了提高。
　　由于Adhoc網(wǎng)絡(luò)具有移動、多跳和自組織的特點(diǎn)，可以提供隨時隨地的連接，從而產(chǎn)生了許多新的服務(wù)和應(yīng)用，但無線鏈路的不安全本質(zhì)、高度動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和有限的資源也帶來了許多新的安全威脅，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的安全解決方案通常已不再完全適合Adhoc網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的安全需求，重點(diǎn)討論可以采用的安全策略和相關(guān)機(jī)制，并提出了一種適用于Adhoc家庭網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)安全體系。由于路由協(xié)議對于Adhoc

7、網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要，所以在Adhoc網(wǎng)絡(luò)安全的研究中，安全路由協(xié)議也是最活躍的一個領(lǐng)域。本文詳細(xì)分析了Adhoc家庭網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和安全威脅，根據(jù)Adhoc與家庭網(wǎng)的安全需求，在掌握公鑰密碼技術(shù)基本原理和對幾種應(yīng)用廣泛的公鑰密碼體制如RSA、ECC、NTRU等算法進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，研究了Adhoc家庭網(wǎng)絡(luò)的安全策略和相關(guān)機(jī)制，提出一種基于NTRU公鑰算法與IDEA私鑰算法相結(jié)合的安全路由機(jī)制，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于AODV協(xié)議的安全路由算法，最后對

8、安全機(jī)制中的CA系統(tǒng)進(jìn)行了構(gòu)建，采用離線的CA和分布式密鑰管理相結(jié)合的策略，保證設(shè)計(jì)的基于Adhoc技術(shù)的家庭網(wǎng)絡(luò)的安全性。通過仿真分析證明，這種安全路由機(jī)制和算法，只增加少量的路由負(fù)載和路由獲取時延，就可以保證路由協(xié)議的完整性和正確性。
　　本文首先建立了一種基于Adhoc模式的無線家庭網(wǎng)絡(luò)分層模型，然后利用本地化的路由自愈模型對AODV路由進(jìn)行優(yōu)化，并將IPv6中采用的選播協(xié)議模型引入到Adhoc家庭網(wǎng)中，設(shè)計(jì)了基于DSR的選