無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)據(jù)融合關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崟r監(jiān)測、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)感知對象的數(shù)據(jù)信息，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在軍事國防、環(huán)境監(jiān)測、物流跟蹤及生態(tài)保護(hù)等領(lǐng)域。數(shù)據(jù)融合技術(shù)通過對原始數(shù)據(jù)的有效處理，不但減少了網(wǎng)絡(luò)的冗余信息、節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)的能量、提高了數(shù)據(jù)的精確度，而且在圖像處理和制定決策中也起著重要的作用。然而，針對融合數(shù)據(jù)的竊聽、篡改及偽造，俘獲聚合節(jié)點和節(jié)點入侵等攻擊方式，給網(wǎng)絡(luò)帶來了許多新的安全隱患和挑戰(zhàn)。本文在無

2、線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對數(shù)據(jù)融合中數(shù)據(jù)的機(jī)密性、隱私保護(hù)等關(guān)鍵安全問題，著重研究了基于信任管理機(jī)制、可信數(shù)據(jù)融合、可靠數(shù)據(jù)隱私保護(hù)的安全數(shù)據(jù)融合方案，并且分析了方案的網(wǎng)絡(luò)性能和安全性能。
　　論文的研究工作得到國家自然科學(xué)基金項目(No.61371071)、北京市自然科學(xué)基金(NO.4132057)及北京市教育委員會學(xué)科建設(shè)與研究生建設(shè)項目的支持。論文的主要工作和創(chuàng)新點如下:
　　(1)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳統(tǒng)

3、的加密技術(shù)無法有效地解決被俘獲的節(jié)點向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部發(fā)起攻擊而引起的安全隱患。信任管理機(jī)制通過計算和評估傳感器節(jié)點的信任值，可以及時的識別俘獲節(jié)點和惡意節(jié)點的干擾，辨別錯誤的數(shù)據(jù)，有效的從網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部提高數(shù)據(jù)融合的安全性能。本文針對RDAT算法中對信任值較高節(jié)點的過度使用而造成這些節(jié)點的能量快速消耗死亡，以及iRTEDA算法中數(shù)據(jù)鏈路可靠性的下降影響了數(shù)據(jù)的可信性等不足之處，在信任管理機(jī)制的基礎(chǔ)上，綜合節(jié)點能量和路由鏈路可用性等因素，提出了一種節(jié)

4、能可靠的安全數(shù)據(jù)融合算法ERTDA，能夠有效地檢測出被俘獲的節(jié)點，保障數(shù)據(jù)傳輸鏈路的可用性和可靠性，并且在保障網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部安全的同時有效的延長了網(wǎng)絡(luò)生命。
　　(2)信譽(yù)機(jī)制的提出很好的彌補(bǔ)了數(shù)據(jù)融合過程中加密算法的不足，通過對節(jié)點信譽(yù)值的判斷，可以有效的評估出傳感器節(jié)點監(jiān)測數(shù)據(jù)的可信性，剔除惡意的數(shù)據(jù)信息，提高網(wǎng)絡(luò)的性能。但是，當(dāng)被俘獲的節(jié)點通過隱藏攻擊行為等方式提高自己的信譽(yù)值，同時不斷地產(chǎn)生錯誤數(shù)據(jù)來影響用戶的決策行為;或者正常

5、傳感器節(jié)點由于周圍惡劣環(huán)境等因素的影響導(dǎo)致其采集的數(shù)據(jù)離真實值產(chǎn)生較大的偏差，這種偏差同樣會影響融合結(jié)果的精確性。針對這些情況，本文在傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)信譽(yù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出了一種可信數(shù)據(jù)融合算法RDIF，該算法應(yīng)用于分層路由體系結(jié)構(gòu)中，綜合考慮了簇內(nèi)傳感器節(jié)點的可信度和節(jié)點監(jiān)測的數(shù)據(jù)，通過改進(jìn)的DBSCAN聚類算法，剔除掉惡意不可信的數(shù)據(jù)，并將保留的可靠數(shù)據(jù)信息在簇頭聚合節(jié)點進(jìn)行融合操作，有效的提高了融合數(shù)據(jù)的安全性和精確度。

6、　　(3)數(shù)據(jù)隱私保護(hù)的目的是保證網(wǎng)絡(luò)中的私密數(shù)據(jù)不被其他用戶獲得，即使網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點監(jiān)測的數(shù)據(jù)被截獲，也不能使攻擊者破解出節(jié)點的重要敏感數(shù)據(jù)信息。當(dāng)非法用戶對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的數(shù)據(jù)信息使用竊聽和數(shù)據(jù)篡改等攻擊手段時，會嚴(yán)重的威脅到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的隱私性。本文在數(shù)據(jù)切割思想的基礎(chǔ)上，提出了一種基于數(shù)據(jù)融合樹層級數(shù)據(jù)切割的安全數(shù)據(jù)融合算法FTLEDA，在樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中分別規(guī)定對葉子節(jié)點、子節(jié)點和簇頭節(jié)點進(jìn)行不同的數(shù)據(jù)切割次數(shù)的判定方法，方

7、案在有效地保障數(shù)據(jù)隱私性的情況下，顯著地降低了網(wǎng)絡(luò)的能量開銷，提高了數(shù)據(jù)融合的精確度和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能。
　　(4)早期的森林火災(zāi)監(jiān)測方案大部分是基于衛(wèi)星遙感技術(shù)，但是受制于衛(wèi)星遙感圖像的分辨率和精確度，其應(yīng)用場景有一定的局限性。之后，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)監(jiān)測技術(shù)得到了廣泛的研究，相比基于衛(wèi)星遙感技術(shù)的森林火災(zāi)監(jiān)控方案，傳感器網(wǎng)絡(luò)的布控更加靈活，應(yīng)用場景更加多樣。然而，由于目前基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的森林火災(zāi)監(jiān)測方案與用戶交互性不

8、足，會在某種程度上產(chǎn)生一定的誤判，考慮到森林火災(zāi)的嚴(yán)重性，誤判往往會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。本文綜合了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)能覆蓋、節(jié)點移動、數(shù)據(jù)融合以及監(jiān)測數(shù)據(jù)可視化等關(guān)鍵技術(shù)，提出一種基于混合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的森林火災(zāi)監(jiān)測方案FFMP，其監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)是由靜態(tài)傳感器節(jié)點組成的環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測層和由動態(tài)傳感器節(jié)點組成的數(shù)據(jù)傳輸層構(gòu)成，該方案中動態(tài)節(jié)點按照節(jié)能策略進(jìn)行移動，并將靜態(tài)節(jié)點監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地數(shù)據(jù)處理，以達(dá)到減少冗余數(shù)據(jù)的目的之后，再進(jìn)行數(shù)據(jù)融