無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中路由協(xié)議及其安全性研究.pdf

1、隨著微處理器、存儲(chǔ)器和無線通信技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了體積更小、價(jià)格更低的具有感知、運(yùn)算和通信能力的微型傳感節(jié)點(diǎn)。由此類節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作，構(gòu)成的無線傳感器網(wǎng)路(Wireless Sensor Networks, WSN)，采用自組織的方式，獲取、處理被監(jiān)測(cè)區(qū)域的若干屬性數(shù)據(jù)，為觀察者提供數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)等服務(wù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用在無人值守區(qū)域的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)（包括環(huán)境保護(hù)、森林防火、災(zāi)難預(yù)測(cè)、精細(xì)農(nóng)業(yè)等），和軍事作戰(zhàn)，反恐安全，交通流量控制等領(lǐng)域，

2、關(guān)系到人們生產(chǎn)、生活中的重大問題，因此得到學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。
　　 由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)能量不可再生，通信帶寬有限，節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)和運(yùn)算能力有限，使得Internet中的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不能被移植到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中；無線自組網(wǎng)在能量供給、節(jié)點(diǎn)運(yùn)算能力等方面與WSN也有本質(zhì)區(qū)別。因此必須為WSN建立新的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。目前研究者的研究熱點(diǎn)集中在通信協(xié)議、安全性與可靠性、測(cè)試平臺(tái)與測(cè)試工具、數(shù)據(jù)管理技術(shù)、節(jié)點(diǎn)定位與拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)和節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)等。

3、　　 WSN體系結(jié)構(gòu)中網(wǎng)絡(luò)層的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)路由技術(shù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用多跳路由的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制。節(jié)點(diǎn)能量供應(yīng)等方面的限制要求路由算法簡(jiǎn)便、存儲(chǔ)信息量小、節(jié)點(diǎn)問通信量小等。平面路由協(xié)議中的節(jié)點(diǎn)地位平等，可以防止瓶頸的產(chǎn)生。分簇路由協(xié)議在能耗方面表現(xiàn)突出。由于WSN采用的開放式的無線通信信道和節(jié)點(diǎn)的無人監(jiān)守，使WSN在安全性方面面臨很大挑戰(zhàn)。其中針對(duì)網(wǎng)絡(luò)層的攻擊可以造成信息中斷，篡改，部分被隔離或全網(wǎng)死亡等。因此，在研究路由協(xié)議的基礎(chǔ)上，

4、設(shè)計(jì)和提出抵御入侵且提供節(jié)點(diǎn)認(rèn)證的安全路由協(xié)議十分必要。
　　 本文在介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本概念和典型應(yīng)用的基礎(chǔ)上，研究了WSN中的已有路由協(xié)議及其安全性，提出了路由協(xié)議設(shè)計(jì)原則，給出了在網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行安全性研究的框架。依據(jù)框架結(jié)構(gòu)，提出了基于確定度的安全路由協(xié)議，它以確定度為依據(jù)，選取密鑰，動(dòng)念調(diào)整密鑰長(zhǎng)度和運(yùn)算復(fù)雜度，解決了為不同應(yīng)用需求提供不同等級(jí)安全路由的問題，并在MICAZ無線傳感器網(wǎng)絡(luò)套件上實(shí)現(xiàn)了該協(xié)議，進(jìn)行了通信量

5、和能耗分析。在帶有入侵檢測(cè)的安全路由協(xié)議中，提出了一個(gè)分簇的路由協(xié)議。在協(xié)議的認(rèn)證階段，發(fā)動(dòng)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)，對(duì)當(dāng)選簇頭進(jìn)行分布式地身份驗(yàn)證，降低了對(duì)基站的依賴度。NS-2模擬結(jié)果表明，此協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)連通率，入侵容忍能力、能耗方面均表現(xiàn)良好。在考慮多個(gè)QoS指標(biāo)的前提下，研究并提出了多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中的安全路由協(xié)議。此協(xié)議為多媒體傳感器節(jié)點(diǎn)提供低延遲、高效節(jié)能的數(shù)據(jù)投遞服務(wù)。在多媒體數(shù)據(jù)包中加入了偽隨機(jī)碼，以很小的數(shù)據(jù)冗余和運(yùn)算開銷，保證了多媒體

6、數(shù)據(jù)的安全性。最后對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外進(jìn)行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)問題研究時(shí)涉及的仿真、測(cè)試手段進(jìn)行了分析研究，并提出了適合于路由協(xié)議研究的測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。平臺(tái)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。自行開發(fā)的硬件節(jié)點(diǎn)處理器采用ATmega128L，無線收發(fā)芯片采用Chipcon公司生產(chǎn)的CC2420，并植入了TinyOS2.0操作系統(tǒng)。軟件平臺(tái)借鑒了中科院軟件所的WTS2.0系統(tǒng)。測(cè)試平臺(tái)解決了在模擬環(huán)境中因模型簡(jiǎn)化、缺少突發(fā)情況造成的數(shù)據(jù)偏差問題。