基于LEACH协议的无线传感器网络路由算法及密钥管理研究

论文摘要

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,简称WSNs)作为一种新的信息获取方式和处理模式,目前已广泛应用于军事国防、工农业、城市管理、环境监测、危险区域远程控制等许多领域,引起了学术界和工业界的高度重视。由于无线传感器网络具有区别于传统网络的特点,如节点能量、计算能力严格受限,并且与应用高度相关等原因,使得已提出的大量路由协议不能直接用于无线传感器网络,而成为当前研究的热点之一。目前,适用于无线传感器网络的路由协议较多,从无线传感器网络结构上划分,可分成平面路由协议和分层路由协议。在分层路由协议中,传感器节点划分为若干个簇。簇头节点不仅要承担感知数据的任务,还要负责接收簇内普通节点的数据传输和融合,另外还要负责相邻簇头的数据转发工作,容易产生“热点”问题。本文首先介绍了无线传感器网络,并比较分析总结了几种典型的分层路由协议的路由机制,同时从路由安全的角度,概述了无线传感器网络路由协议中常见的攻击类型,并对其安全性进行了分析。接着,根据LEACH分簇路由协议的优缺点,从簇头选择和数据传输两个方面出发,提出了在源节点和目的节点之间建立一种新的基于节点空闲度和剩余能量的路由改进算法。新算法根据路径上节点的通信能量消耗以及节点的负载情况,进行路由选择,有效的减少了LEACH路由协议中的能量消耗,使得数据传输均衡消耗整个网络的能量,延长整个网络的生存期。通过论证和仿真实验表明,改进后的LEACH协议,有效地降低了节点能耗,增加了节点的存活率,延长了网络的生命周期。最后,针对LEACH协议的成簇阶段,簇头节点和成员节点通信过程没有任何安全验证过程,提出一个合适的密钥管理方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 本文工作
• 1.3 本文组织
• 第2章 无线传感器网络概述
• 2.1 无线传感网络概述
• 2.1.1 概述
• 2.1.2 无线传感网络发展史
• 2.1.3 无线传感器网络的应用
• 2.2 无线传感网络体系结构
• 2.2.1 WSN的网络节点结构
• 2.2.2 WSN的网络结构
• 2.3 无线传感网络特征
• 2.4 无线传感网络安全问题
• 2.4.1 无线传感网络常见的攻击类型
• 2.4.2 无线传感网络安全对策
• 2.5 小结
• 第3章 无线传感网络分簇路由协议研究现状
• 3.1 LEACH协议
• 3.1.1 LEACH协议模型
• 3.1.2 LEACH算法的具体描述
• 3.2 现有的改进方案
• 3.2.1 LECH-C及LEACH-F
• 3.2.2 PEGAGIS
• 3.2.3 DCHS算法
• 3.2.4 HEED算法
• 3.3 小结
• 第4章 基于LEACH的无线传感器网络路由算法改进
• 4.1 选择LEACH协议改进的原因
• 4.2 基于节点空闲度和剩余能量的分簇无线传感网络路由协议
• 4.2.1 网络模型
• 4.2.2 算法描述
• 4.2.3 算法性能分析
• 4.3 模拟仿真及结果分析
• 4.3.1 仿真环境
• 4.3.2 仿真结果分析
• 4.4 小结
• 第5章 基于动态分簇无线传感器网络的密钥管理方案
• 5.1 层簇式WSN密钥管理方案概述
• 5.1.1 低能耗密钥管理方案
• 5.1.2 轻量级密钥管理方案
• 5.1.3 两种方案存在的问题
• 5.2 基于动态分簇无线传感器网络的密钥管理方案
• 5.2.1 问题分析
• 5.2.2 算法描述
• 5.2.3 性能分析
• 5.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢