基于LEACH的安全建簇无线传感器网络路由协议研究

论文摘要

无线传感器网络是一种特殊的无线Ad Hoc网络,它是由大量传感器节点通过无线通信技术自组织构成的网络,融合了传感器技术、信息技术和网络通信技术。其节点不仅具有信息感知、数据处理和数据通信的能力,还具备路由器的功能,具有快速展开和抗毁性强的优势,但是存在节点能量有限、通信和存储能力有限的不足。安全是无线传感器网络可用的前提,安全问题的一个重要方向是安全路由。路由技术作为无线传感器网络通信层的核心技术,针对路由层的攻击可能导致整个网络瘫痪,安全路由直接影响了无线传感器网络的可用性,因此需要重点考虑。本文首先介绍了无线传感器网络的发展、特点、应用和结构,阐述了现有无线传感器网络的路由协议及安全性的研究现状。无线传感器网络中的路由协议有很多种,主要可以分为3类,分别是以数据为中心的路由协议、层次式路由协议以及基于位置的路由协议,但是这些协议都没有将安全性作为其中一个设计目标。其次通过对这些路由协议的进一步分析研究,LEACH协议是针对无线传感器网络的经典通信协议之一,它是一种自组织的、自适应的、能量有效的分簇网络协议,考虑了无线传感器网络的特性,有效的延长了网络的生存时间。因此,本文选择LEACH协议为研究对象,在研究LEACH协议的基础上,对其进行修改,提出了LEACH-S的安全路由协议,使之在建簇过程中针对HELLO flood攻击具有良好的安全性。最后,在NS2下进行仿真,分析协议的优缺点,得出结论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的与意义
• 1.2 无线传感器网络概述
• 1.2.1 无线传感器网络的发展
• 1.2.2 无线传感器网络的特点
• 1.2.3 无线传感器网络的结构
• 1.2.4 无线传感器网络的应用
• 1.3 目前研究的现状
• 1.3.1 国外目前研究现状
• 1.3.2 国内目前研究现状
• 1.4 目前研究的热点
• 1.5 研究内容及文章结构
• 第2章 无线传感器网络安全路由相关问题研究
• 2.1 无线传感器网络安全问题概述
• 2.1.1 无线传感器网络需要解决的安全问题
• 2.1.2 无线传感器各层面临的威胁
• 2.2 无线传感器网络协议栈简介
• 2.3 无线传感器网络路由技术
• 2.3.1 现有路由技术的局限性和挑战性
• 2.3.2 无线传感器网络中的路由协议分类
• 2.4 无线传感器网络路由层面临的威胁
• 2.5 无线传感器网络典型路由协议及安全性分析
• 2.6 安全引导问题
• 2.6.1 预共享密钥模型
• 2.6.2 随机密钥预分布模型
• 2.7 无线传感器网络路由协议安全目标和设计原则
• 2.8 本章小结
• 第3章 层次式路由协议LEACH 研究
• 3.1 LEACH 协议概述
• 3.2 LEACH 协议算法研究
• 3.2.1 LEACH 协议建簇阶段
• 3.2.2 LEACH 协议的工作流程分析
• 3.3 LEACH 能耗分析
• 3.4 LEACH 协议的优缺点及改进
• 3.4.1 LEACH 协议优缺点分析
• 3.4.2 LEACH 协议的改进
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于LEACH 的改进协议LEACH-S 及仿真
• 4.1 研究概述
• 4.2 LEACH-S 协议的提出
• 4.2.1 安全建簇的问题描述
• 4.2.2 LEACH-S 协议的改进细节
• 4.3 无线仿真场景配置过程
• 4.3.1 NS2 介绍
• 4.3.2 基本的无线模型
• 4.3.3 用Otcl 配置无线仿真场景
• 4.3.4 仿真数据处理
• 4.4 仿真试验设置及结果分析
• 4.4.1 实验场景的参数选用
• 4.4.2 仿真结果及分析
• 4.5 LEACH-S 与现有安全路由协议的比较
• 4.5.1 入侵容忍路由INSENS
• 4.5.2 SGEAR 路由协议
• 4.5.3 比较结果及结论
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢