Routing and Security performance in Ad Hoc Wireless Networks

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新一代的网络技术Ad hoc网络,是一种没有有线基础设施支持的无线网络。由于其动态网络拓扑结构、无中心控制等特点,使得移动Ad hoc网络的安全问题成为关键问题之一。当前移动Ad hoc网络(MANETs:Mobile Ad hocNETworks)的研究大都集中在如何快速查找最佳路径,而对移动Ad hoc网络安全的研究尚处于起步阶段。除了规则网络固有的问题,MANETs还存在一些新的安全问题尚待解决。本文探讨了移动Ad hoc网络中最重要的两个问题:路由的性能和安全性机制。论文首先对MANETs的特点和优势进行讨论;然后描述了Ad hoc网络的路由协议,网络类型的不同决定如何选择不同的路由协议;并列举了在MANETs中设计安全协议的一些问题和挑战;对现存路由协议所面临的安全威胁进行分类:更改(modification)、身份模拟(impersonation)、伪造(fabrication)、其它攻击(special attacks)。论文的主要研究成果包括: 1. 比较了两个著名的按需驱动的路由协议:动态源路由协议DSR和按需距离矢量协议AODV。两者都是按需驱动的路由协议,但两者在协议机制上的不同导致它们的性能上的差异。本文分析了在不同的网络开销、节点移动性和网络规模情况下,两者表现出的性能差异。根据仿真结果,总结出如何进一步提高协议的性能。采用了网络仿真软件Network Simulator(NS-2)进行仿真。 2. 提出一个高效的安全路由算法,称为ES-AODV,来增强移动Ad hoc网络的安全性。根据大量仿真结果的分析,提出的安全路由协议对不同网络规模和节点移动性情况表现出非常好的性能。在增加网络移动性情况下,该路由协议甚至比原来的AODV路由协议具有更好的性能。我们的模型中,所有的节点相互合作,并分析了不同的恶意攻击行为。 3. 没有采用信任转移的概念,因为信任转移可能导致来自多个恶意节点产生的攻击。Ad hoc网络中,所有的路由协议都试图找出到目的节点的最短路径,不考虑路径中可能出现恶意节点。本文提出的模型不存在这个问题。我们认为选择一条安全的路径比一条最短的路径更为重要。 4. 提出了在移动Ad hoc网络中基于粒子群优化(PSO)的能量最优算法(PMA:Power Minimization Algorithm),为增大吞吐量,来选择邻节点和能源分配方案,维护拥塞节点的连接性。通过仿真发现,该算法比现存的算法表现出更优的性能。 5. 对无有线基础设施支持的无线网络所做的主要贡献可归为两点:设计安全路由算法、提出了基于粒子群优化的能量最优算法(PMA:Power Minimization Algorithm)。所用到的这些设计和构造对下一代安全ad hoc网络或传感网络的发展具有重要的贡献意义。所得的研究结果为研究工作的进一步发展提供了坚实的基础。有关安全MANETs和AODV 的研究一直以来比较热门。在功率、电能和存储等条件做限制的情况下,研究更好的解决方案将是当务之急。进一步的研究工作主要针对AODV协议及其安全性问题。MANETs网络攻击仿真研究和随之而来的性能衰减问题也是非常有趣的研究领域。另外,密钥的管理问题也值得进一步研究的课题。对认证机构的深入理解和研究将有助于设计出有效的MANETs安全路由协议。
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