基于Ad hoc技術的家庭網(wǎng)絡及其安全性研究.pdf

1、家庭網(wǎng)絡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的網(wǎng)絡系統(tǒng)，可以實現(xiàn)家庭內(nèi)部節(jié)點之間的互聯(lián)互通，還可以通過家庭網(wǎng)關接入到廣域網(wǎng)。目前，家庭網(wǎng)絡的組網(wǎng)技術多達數(shù)十種，而寬帶無線技術是最適合家庭網(wǎng)絡的組網(wǎng)技術。Adhoc網(wǎng)絡是由移動節(jié)點構成的，不依賴任何固定基礎設施的無線網(wǎng)絡。由于不需要固定基礎設施的支持，以及迅速部署的特點，Adhoc網(wǎng)絡非常適合通信基礎設施不存在或者無法正常使用的環(huán)境，其潛在的應用領域非常廣泛。移動

2、Adhoc網(wǎng)絡具有在小范圍內(nèi)無需網(wǎng)絡基礎設施、隨時進行組網(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。本文以移動Adhoc組網(wǎng)技術在家庭網(wǎng)絡的應用為背景，對家庭網(wǎng)絡的分層模型、Adhoc網(wǎng)絡路由協(xié)議、Adhoc家庭網(wǎng)絡的安全策略和機制進行了深入研究。
　　針對家庭網(wǎng)絡組網(wǎng)的業(yè)務和服務特點，根據(jù)OSI模型，在深入研究數(shù)據(jù)鏈路層信道共享技術中MAC層CSMA/CA協(xié)議及其DCF機制和MAC層協(xié)議的信道利用效率

3、的基礎上，提出了一種基于Adhoc模式的無線家庭網(wǎng)絡分層模型，設計出一個用于家庭網(wǎng)絡節(jié)點間通信的通信子網(wǎng)，包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡層，并對物理層傳輸技術、鏈路層信道共享技術以及網(wǎng)絡層路由技術進行了分析和研究。仿真結果表明，這種網(wǎng)絡結構具有即興組網(wǎng)、操作簡單、組網(wǎng)靈活、價格低廉等特點，能夠滿足家庭網(wǎng)絡的需求。
　　路由協(xié)議是Adhoc網(wǎng)絡的關鍵技術，也是影響網(wǎng)絡整體性能最重要的因素之一。傳統(tǒng)的固定網(wǎng)絡中，主機之間的連接是固定的，

4、網(wǎng)絡采用層次化的體系結構，并具有穩(wěn)定的拓撲，具有路由器服務、命名服務、目錄服務的功能；而在移動Adhoc網(wǎng)絡中沒有基站或中心節(jié)點，所有節(jié)點都是移動的，網(wǎng)絡的拓撲結構動態(tài)變化，節(jié)點間通過無線信道進行連接，沒有專門的路由器，節(jié)點自身同時需要充當路由器，沒有命名服務、目錄服務等網(wǎng)絡功能。針對傳統(tǒng)的路由協(xié)議已經(jīng)不能夠適應Adhoc網(wǎng)絡動態(tài)變化的拓撲結構的特點，研究了AODV和DSR兩種按需路由協(xié)議的原理及各自特點。按需路由雖然會增加數(shù)據(jù)分組因為

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.這一點在無線通信中尤為重要。在此基礎上，提出利用本地化的路由自愈模型對AODV路由進行優(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，設計了基于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。仿真結果表明改進的路由協(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量

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

7、網(wǎng)絡至關重要，所以在Adhoc網(wǎng)絡安全的研究中，安全路由協(xié)議也是最活躍的一個領域。本文詳細分析了Adhoc家庭網(wǎng)絡的特點和安全威脅，根據(jù)Adhoc與家庭網(wǎng)的安全需求，在掌握公鑰密碼技術基本原理和對幾種應用廣泛的公鑰密碼體制如RSA、ECC、NTRU等算法進行分析的基礎上，研究了Adhoc家庭網(wǎng)絡的安全策略和相關機制，提出一種基于NTRU公鑰算法與IDEA私鑰算法相結合的安全路由機制，設計并實現(xiàn)了一種基于AODV協(xié)議的安全路由算法，最后對

8、安全機制中的CA系統(tǒng)進行了構建，采用離線的CA和分布式密鑰管理相結合的策略，保證設計的基于Adhoc技術的家庭網(wǎng)絡的安全性。通過仿真分析證明，這種安全路由機制和算法，只增加少量的路由負載和路由獲取時延，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)絡分層模型，然后利用本地化的路由自愈模型對AODV路由進行優(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，設計了基于DSR的選