基于恶意信标节点检测的WSNs安全定位技术研究

论文摘要

无线传感器网络(WSNs, Wireless Sensor Networks)作为一种能够扩展人类与现实世界进行远程交互范围的新型信息感知技术,受到社会各界的广泛关注。节点定位是提供各项传感器网络功能的基础,也是无线传感器网络的核心技术之一。无线传感器网络的实际工作环境是开放的,甚至存在敌对势力,节点定位过程中攻击者的破坏很容易引起定位算法的失效,因此节点定位的安全问题是至关重要的。本文针对定位过程中信标节点极易受到各种攻击这一安全问题,进行了下述研究工作：首先,本文为解决信标节点被俘获后对节点定位过程造成的安全威胁,提出了一种基于RSSI区域划分的恶意信标节点检测机制。该机制利用基于RSSI的原理进行区域划分；未知节点预存储经过区域划分后节点的部署信息,并以此为依据在定位过程中评判信标节点是否提供可疑定位信息；最后,由基站对在全网内产生的定位评判信息进行汇总统计并对所有信标节点进行可疑度分析,从而检测和隔离恶意信标节点。另外,为避免良性信标节点的误检引入了混合监听机制。仿真实验结果表明上述检测机制能够有效地进行恶意信标节点的检测和隔离。其次,由于在进行恶意信标节点检测时基站对定位评判信息进行集中式处理使得网络消耗的能量随着规模的扩大成指数级增长,在上述提到的通过区域划分获取定位评判信息研究的基础上,主要考虑分布式地处理定位评判信息并结合信誉评价模型BRSN的相关理论,本文提出了一种基于分布式信誉评价模型的恶意信标节点检测机制。该机制分为四个环节：收集定位评判信息、分布式地计算信标节点间的直接信任值、进行信誉整合以及最终信任值的计算和处理信任值低于阈值的信标节点。仿真结果表明该检测机制不但在恶意信标节点检测方面具有较好的性能,而且还能够减少能量消耗从而延长网络的生存周期。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 无线传感器网络概述
• 1.2.1 无线传感器网络体系结构
• 1.2.2 无线传感器节点结构
• 1.2.3 无线传感器网络协议栈
• 1.3 论文的主要研究内容
• 1.4 论文的结构安排
• 第2章 无线传感器网络定位机制研究
• 2.1 引言
• 2.2 无线传感器网络定位算法
• 2.2.1 节点定位算法原理
• 2.2.2 节点定位算法简介
• 2.2.3 节点定位算法的性能评价指标
• 2.3 无线传感器定位算法安全性分析
• 2.3.1 定位算法的安全弱点
• 2.3.2 针对定位算法的攻击
• 2.3.3 定位算法的安全指标
• 2.4 安全定位技术的研究现状
• 2.4.1 抵御攻击的安全定位技术
• 2.4.2 基于鲁棒计算的安全定位算法
• 2.4.3 恶意攻击节点检测的安全定位技术
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于区域划分的恶意信标节点检测机制研究
• 3.1 引言
• 3.2 相关基础知识及技术
• 3.2.1 Voronoi图的定义和性质
• 3.2.2 RSSI定位算法简介
• 3.3 基于RSSI的恶意信标节点检测机制
• 3.3.1 网络区域划分方式的选择
• 3.3.2 网络区域的划分
• 3.3.3 未知节点的聚集
• 3.3.4 投诉可疑定位并检测恶意信标节点
• 3.3.5 恶意信标节点的监听检测机制
• 3.3.6 恶意信标节点检测可行性分析
• 3.4 仿真实验及结果分析
• 3.4.1 仿真实验描述
• 3.4.2 仿真实验及结果分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于信誉评价模型的恶意信标节点检测机制研究
• 4.1 引言
• 4.2 相关基础知识及技术
• 4.2.1 信誉评价模型BRSN
• 4.2.2 定位过程中的分布式信誉评价模型
• 4.3 基于信誉评价模型的恶意信标节点检测机制
• 4.3.1 信标节点收集定位评判信息
• 4.3.2 分布式计算信标节点的直接信任值
• 4.3.3 间接信誉评测和最终信誉整合
• 4.3.4 处理信任值低于阈值的信标节点
• 4.4 实验仿真与结果分析
• 4.4.1 仿真实验描述
• 4.4.2 仿真实验及结果分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢