基于多路径切换机制的无线传感器网络中DoS攻击的防御研究

论文摘要

无线传感器网络（Wireless Sensor Networks,简称WSNs）是由部署在一定区域的传感器节点组成，通过无线通信的方式形成的一个多跳的网络系统，并综合了分布式处理、无线通信、嵌入式等技术，具有广泛的应用前景。由于WSNs通常工作在无人值守的环境中，因此容易遭受到各种拒绝服务（Denial of Service,简称DoS）攻击。如何避开受攻击的网络区域而将数据安全传输至目的地对于减少拒绝服务攻击的危害和维护网络可用性有着至关重要的意义。本文通过研究已有的多路径切换协议，从网络拓扑结构方面对现有的协议进行了分类，重点分析了协议的多路径切换性能，并比较了各自的优缺点。根据这些研究成果，本文提出了一种新的多路径切换协议——双树型多路径切换协议（Double-Tree Multi-PathSwitch,简称DTMPS），协议采用了双树型的网络节点拓扑结构，在WSNs遭受到DoS攻击的情况下，网络中的节点通过在下（上）行父节点和上行子节点之间进行下一跳节点的选择，能快速、实时地切换到新的、可靠的传输路径上，以此来避开遭受攻击的网络区域，保障网络的可用性。最后，在OPNET Modeler仿真平台上实现了DTMPS协议，并将其与现有的DM（Disjoint Multi-path）协议和MTR（Multiple Tree-based Routing）协议做了切换性能和能量消耗两方面的比较，实验结果表明DTMPS具有可行性和实效性。文章最后也对研究成果做了总结和展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 WSNs 中的DoS 攻击防御措施研究
• 1.2.2 基于多路径切换的 DoS 防御措施研究
• 1.3 本文研究目标和内容
• 1.4 论文主要创新点
• 1.5 本文组织
• 第二章 无线传感器网络及 DoS 攻击
• 2.1 无线传感器网络概述
• 2.1.1 无线传感器网络结构
• 2.1.2 传感器节点结构
• 2.1.3 传感器网络协议结构
• 2.2 传感器网络中的 DoS 攻击概述
• 2.2.1 物理层攻击
• 2.2.2 数据链路层攻击
• 2.2.3 网络层攻击
• 2.2.4 传输层攻击
• 2.2.5 应用层攻击
• 2.3 本章小结
• 第三章 传统多路径切换协议及性能分析
• 3.1 平面型多路径切换协议
• 3.1.1 DD 协议
• 3.1.2 SEER 协议
• 3.1.3 DM 协议
• 3.2 树型多路径切换协议
• 3.2.1 DRT 协议
• 3.2.2 MTR 协议
• 3.3 传统多路径切换协议的综合比较
• 3.4 本章小结
• 第四章 DTMPS 协议及性能分析
• 4.1 问题模型
• 4.2 DTMPS 采用的 DoS 攻击检测机制
• 4.3 DTMPS 协议内容
• 4.3.1 系统模型与假定
• 4.3.2 相关概念
• 4.3.3 DTMPS 多路径路由的建立算法
• 4.3.4 DTMPS 在 DoS 攻击下的多路径切换机制
• 4.3.5 性能和安全性分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 DTMPS 仿真结果与比较分析
• 5.1 OPNETModeler 仿真工具介绍
• 5.1.1 OPNETModeler 的主要特性
• 5.1.2 OPNETModeler 仿真一般过程
• 5.1.3 OPNET 通信机制
• 5.2 DTMPS 协议的仿真实现
• 5.2.1 仿真环境与仿真目标
• 5.2.2 仿真过程
• 5.2.3 DTMPS 协议仿真具体实现
• 5.2.4 结果输出与比较
• 5.2.5 能量消耗
• 5.2.6 结论分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在硕士研究生期间发表的论文