無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全路由關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、近年來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以其獨(dú)有的特性和重要的價(jià)值被逐漸應(yīng)用到國民生活的各個(gè)領(lǐng)域。路由協(xié)議是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)感知信息傳輸和匯聚的基礎(chǔ)，由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身的特性以及應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜性，保證路由協(xié)議的安全性成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一項(xiàng)重要的支撐技術(shù)，直接影響到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)周圍物理世界監(jiān)測(cè)的質(zhì)量。有限的計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力和通信能力限制了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全路由技術(shù)的發(fā)展，本文以保證路由協(xié)議的安全性，同時(shí)減少和均衡傳感器節(jié)點(diǎn)的能量消耗，延長網(wǎng)絡(luò)生存

2、時(shí)間為主要設(shè)計(jì)目標(biāo)，對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全路由問題進(jìn)行了詳細(xì)分析和深入研究。本文的主要貢獻(xiàn)可概括如下:
　　(1)研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)容忍攻擊的安全位置發(fā)現(xiàn)問題，提出了基于一致度的抵御過半合謀攻擊的WSN安全位置發(fā)現(xiàn)算法。針對(duì)定位算法抵御攻擊的魯棒性差，以及算法效率較低的問題，以基于選舉的位置估計(jì)算法為基礎(chǔ)，首先提出基于一致度的加速策略，依據(jù)一致度對(duì)來自信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置參照進(jìn)行排序以加快目標(biāo)區(qū)域的收斂速度。為了抵御合謀節(jié)點(diǎn)發(fā)起的過半攻

3、擊，將已經(jīng)安全定位的非信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置信息引入到定位過程中，作為近似位置參照，并進(jìn)一步提出了基于一致度的抵御過半合謀攻擊的安全位置估計(jì)算法。大量的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提出的算法能有效抵御過半合謀攻擊，成功檢測(cè)并過濾惡意節(jié)點(diǎn)，提高定位結(jié)果的準(zhǔn)確性。
　　(2)研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中源節(jié)點(diǎn)位置隱私保護(hù)問題，提出了基于扇形區(qū)域的源節(jié)點(diǎn)位置隱私保護(hù)路由算法。針對(duì)保護(hù)源節(jié)點(diǎn)位置隱私和路由算法效率之間的均衡問題，提出基于扇形區(qū)域的源節(jié)點(diǎn)位置隱私

4、保護(hù)路由算法。該算法利用扇形區(qū)域圓心角的大小控制路由路徑的方向，確保數(shù)據(jù)朝向匯聚節(jié)點(diǎn)的方向傳送，并采用隨機(jī)選取扇形子區(qū)域作為下一跳中繼節(jié)點(diǎn)可選區(qū)域的機(jī)制來實(shí)現(xiàn)源節(jié)點(diǎn)的位置隱私保護(hù)。同時(shí)，在選取中繼節(jié)點(diǎn)時(shí)兼顧所選節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)、源節(jié)點(diǎn)之間的距離，確保增強(qiáng)源節(jié)點(diǎn)位置隱私的同時(shí)能有效減少網(wǎng)絡(luò)能耗、提高路由算法的執(zhí)行效率。一系列仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該路由算法能夠有效增強(qiáng)源節(jié)點(diǎn)位置隱私的安全性，并在能耗、時(shí)延、數(shù)據(jù)投遞率等方面具有相對(duì)較好的性能。<

5、br>　　(3)研究了基于博弈論的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全路由問題，提出了基于合作策略的動(dòng)態(tài)博弈路由算法。針對(duì)傳統(tǒng)的基于博弈理論的WSN安全路由機(jī)制存在的傳感器節(jié)點(diǎn)能耗不均衡問題，以及路由算法效率低下問題，提出了基于合作策略的動(dòng)態(tài)博弈路由算法，建立激勵(lì)機(jī)制鼓勵(lì)自私節(jié)點(diǎn)積極參與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，并對(duì)不合作的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行懲罰，路由選擇過程中的每個(gè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)都可根據(jù)效用函數(shù)做出最優(yōu)決策，確保數(shù)據(jù)包沿著安全、高效、節(jié)能的路徑傳輸?shù)絽R聚節(jié)點(diǎn)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

6、明，上述機(jī)制能促使理性的自私節(jié)點(diǎn)積極參與路由協(xié)作，并能有效地提高網(wǎng)絡(luò)吞吐率，延長網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。
　　(4)研究了基于聲譽(yù)機(jī)制的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全路由問題，提出了基于聲譽(yù)機(jī)制的激勵(lì)節(jié)點(diǎn)合作的安全路由算法。針對(duì)傳統(tǒng)的基于聲譽(yù)機(jī)制的路由模型抵御環(huán)境等因素干擾的容錯(cuò)性差的問題，提出基于聲譽(yù)機(jī)制的激勵(lì)節(jié)點(diǎn)合作的安全路由算法。在該算法中，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)視著其鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)行為，并與其他鄰居節(jié)點(diǎn)互相交換所觀測(cè)的信息。之后，傳感器節(jié)點(diǎn)綜合