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无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、无线通信技术以及分布式信息处理技术,具有广泛的应用前景,引起了学术界和工业界的高度重视。
随着无线传感器网络在军事领域和民用商业领域的广泛应用,其安全性变得越来越重要。由于无线传感器网络自身的特点,使得传统有线网络和其他无线网络的安全机制很难适用于无线传感器网络,因此无线传感器网络安全问题的解决面临着新的挑战。安全路由是无线传感器网络安全问题的一个重要研究方向,尤其针对路由协议的攻击会导致整个网络的瘫痪,影响无线传感器网络的可靠性和可用性。本文的主要工作是对无线传感器网络的安全路由协议进行研究。研究内容包括以下几个方面:
(1)研究无线传感器网络的路由协议,在深入分析典型的分簇路由协议LEACH协议的基础上,针对不同的网络模型和仿真场景,在仿真平台NS2上进行了仿真实验。选取不同簇头数、不同Sink节点位置以及不同簇轮换间隔对Sink节点接收的数据量、节点的生命周期以及网络总能耗等方面进行了分析比较,为较优网络性能参数的选取提供了科学参考。
(2)针对LEACH协议不安全的缺陷,通过建立节点间的安全通信链路和节点身份认证机制,提出了一种适合LEACH协议的安全体系设计。通过分析得知该安全体系能够提供有效的身份认证、有效的消息认证和安全的路由信息保护。适合应用于对数据传输安全性要求高并希望对恶意节点进行及时监控和追踪的无线传感器网络。
(3)针对基于密码体制的安全体系无法解决网络内部节点的攻击行为的缺陷,利用信任模型可以得到量化的节点信任值,本文提出了一种基于信任模型的安全路由设计,进一步完善安全路由方案。保留LEACH协议的核心思想,通过基于贝叶斯理论的信任模型对节点的行为进行建模和计算,以信任的路由决策提供安全的路由支撑。通过仿真实验分析,改进后的协议通过在LEACH协议中引入信任评估机制,能够识别较复杂概率性攻击行为的异常节点,并且在存在异常行为节点情况下,改进后的协议对数据的转发率有一定的提高和改善。