MANETs动态信任模型研究

论文摘要

移动自组织网络(MANETs)是由一组带有无线收发装置的移动节点组成的无须固定设施支持的临时性的通信网络。其基本特点具有开放的媒质、动态的拓扑结构、分布式的合作和受限的网络能力，网络中移动节点具有匿名性和高度自治，网络通讯依靠在通信路径上的中间节点转发数据包，实现无线传输范围外节点间的正常通信。由于MANETs中移动节点本身要受诸如能量和计算能力等各种资源的限制，节点不愿意花费资源去转发它不感兴趣的数据包，甚至却期望其它节点转发自己的数据包。同时由于节点间缺乏对与之交互的节点的可信程度的知识，节点需应对交互过程中可能出现的威胁，每个移动节点都可能受到直接或间接的攻击。如何保障在MANETs网络环境下的通信安全成为一个不容忽视，必须解决的关键性问题。本文针对上述问题，以MANETs动态信任模型为主要研究对象，总结MANETs安全问题的发展现状和未来趋势，在借鉴传统网络安全方法的基础上，结合MANETs的固有特点，在不增加任何额外的硬件设备的情况下，对如何保障MANETs安全性进行创新性和探索性的研究。本文提出基于博弈、模糊和置信度的MANETs动态信任模型以及频率域下多目标可信路由发现算法。主要创新点体现在以下几方面：(1)针对MANETs中自私节点储存自身能量和其它资源，常常不参与转发数据，不利于网络节点间实现相互信赖路由和转发数据包的弊病，本文基于博弈研究MANETs中节点的行为，提出一种根据节点的信誉度来获得资源，刺激节点共享资源和转发数据的方法。此方法兼顾MANETs通信中没有第三方中心认证的特点，不是一种集中于网络节点强制合作的方法。基于博弈理论的信任模型，实现鼓励包转发，约束自私节点。仿真实验结果表明，此信任模型能够识别自私节点并且能在信任节点之间建立信任，提高整个网络效率。(2)基于模糊逻辑能够很好的处理不确定性和信任评价、包转发检查和可靠性调整的不精确性输入的特点，提出一种基于模糊推荐的MANETs信任模型，用于量化和评估节点的推荐可信程度，给出五种基于模糊关系理论的模糊信任推荐和模型的数学表述。该模型的目的在于削弱自私节点协同作弊的效果。通过节点间模糊推荐构造节点的全局信任，它综合整个网络对该节点的信任评价，因此自私节点不能通过“相识”的同伙给出不实评价而获得较高的信任，避免自私节点间相互伪造推荐度来互相“吹捧”，以获得虚高的信任的现象。仿真实验结果表明，此模型能够有效地适用于遏制更广泛类型的自私节点同谋攻击，在端到端分组传递率和网络中的平均能量消耗等性能指标上较传统模型有较大提高。在节点评价数据极端稀疏的情况下，仍能取得较理想的质量。(3)针对MANETs网络拓扑结构的改变或无线冲突的发生都可能导致作为信任值评估证据的样本空间不一定完整和可靠，使得现有的信任评估模型不能应用其上的问题，提出基于置信度的MANETs环境下的信任模型，给出模型的数学表述和实现方法，此模型用于量化和评估节点的可信程度。本文运用置信度对信任问题进行建模，建立信任的评价机制，提出推荐信任关系的推导规则，构造一个完整的信任模型。仿真实验结果表明，此模型与已有的基于证据理论的信任评估模型相比较，具有有效性和优越性，为MANETs网络环境中的信任模型研究提供一个有价值的新思路。(4)提出一种独特的MANETs中基于频率下多目标可信路由决策算法，它和现在大多数路由算法都是在时间域下使用单一约束参数选择路由的方式截然不同。此方法利用概率理论分析安全和可信路由，基于概率密度函数的时频相互转化，减小计算复杂度，解决MANETs中节点间缺乏物理安全以及在低信任水平和节点扰乱网络操作情况下，发现可信安全路由难的问题。案例分析证明此算法的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.1.1 MANETs发展历史
• 1.1.2 MANETs应用领域
• 1.1.3 MANETs显著特点
• 1.2 主要研究热点
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 主要研究成果
• 1.5 论文结构
• 第二章 MANETS安全问题及信任理论基础
• 2.1 MANETs安全目标
• 2.2 MANETs安全问题
• 2.3 信任定义
• 2.4 信任属性
• 2.5 信任模型
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于博弈论的信任模型研究
• 3.1 引言
• 3.2 博弈理论
• 3.3 基于博弈论的信任模型
• 3.3.1 假设条件
• 3.3.2 信任模型的建立
• 3.3.3 节点信任策略
• 3.3.4 信任模型建立的结构流程
• 3.3.5 信任模型的安全性
• 3.4 本文实验仿真构成
• 3.4.1 路由协议
• 3.4.2 本文仿真环境
• 3.4.3 本文仿真参数设置
• 3.5 实验仿真与分析
• 3.5.1 仿真场景设置
• 3.5.2 仿真结果分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于模糊推荐的信任模型研究
• 4.1 引言
• 4.2 相关工作
• 4.3 基于模糊推荐的信任模型
• 4.3.1 模糊定义
• 4.3.2 模糊直接信任模型
• 4.3.3 模糊间接信任模型
• 4.3.4 模糊全局信任模型
• 4.4 模糊信任模型进一步讨论
• 4.4.1 相似测量函数的确定
• 4.4.2 数据稀疏问题
• 4.5 实验仿真
• 4.5.1 仿真场景设置
• 4.5.2 仿真结果分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于置信度的信任模型研究
• 5.1 引言
• 5.2 相关工作
• 5.3 基于置信度的信任模型
• 5.3.1 算法计算
• 5.3.2 信任建立
• 5.3.3 信任推荐
• 5.4 置信度信任模型进一步讨论
• 5.4.1 匿名性问题
• 5.4.2 匿名管理机制
• 5.5 仿真及其结果分析
• 5.5.1 CM类仿真
• 5.5.2 DM类仿真
• 5.5.3 KM类仿真
• 5.5.4 MM类仿真
• 5.6 本章小结
• 第六章 基于频率域多目标MANETS可信路由决策研究
• 6.1 引言
• 6.2 频率域可信关系
• 6.2.1 直接串联关系
• 6.2.2 多路径选择关系
• 6.2.3 推荐反馈关系
• 6.3 多目标路由决策
• 6.3.1 有限生成图
• 6.3.2 多目标路由决策
• 6.4 案例分析
• 6.4.1 可信关系分析
• 6.4.2 可信路由计算
• 6.4.3 案例分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 信任模型比较
• 7.1 理论比较
• 7.2 仿真实验比较
• 第八章 总结与展望
• 8.1 总结
• 8.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历、攻博期间取得的研究成果