无线传感器网络源位置保护策略研究

论文摘要

无线传感器网络常用于在面积巨大或人类不易到达的区域监控周围环境的各种信息,近年来无线传感器网络一直是研究的热点,广阔的应用前景更使其越来越受到工业界的重视。在监控诸如士兵、珍稀资源和野生动物等敏感目标的应用中,如何保护源节点的位置是一个非常重要的研究课题。本文针对反向追踪数据包定位源节点的攻击模式,研究并提出了防御这种局部流量分析攻击的策略。本文提出了一种基于假路径的源位置保护策略（BFP）。该策略利用了无线节点的通信广播性质,通过特殊的数据包激发产生多条与最短路径相交的假路径。假路径引诱攻击者远离最短路径从而延长其定位源节点所需时间。在策略中,数据包沿最短路径传输,保证了最小信息延迟。模拟结果与理论分析表明,与环路陷阱算法（CEM）相比,BFP在耗能相等的情况下大幅提高了安全时间。本文从分析反向追踪数据包定位源节点的攻击模式出发,提出了一种结合了流量密度感知能力的概率路由算法（ECRF）,它利用随机转发策略以一定的概率选择等邻居节点或近邻居节点作为数据包的下一跳节点,增加路由路径的随机性。流量密度感知能力（TDA）为下一跳节点的选择提供了更加合理的参数,使数据包的整体走势趋向流量密度低的区域。仿真结果证实ECRF相比于Phantom Rouring算法在仅引入微小延时的情况下显著提高了安全时间。本文首先介绍了无线传感器网络的基本结构、特点与应用,分析了安全问题研究的难点。阐述了抵御局部流量分析攻击和全局流量分析定位源节点的攻击模式的几种典型算法,在能耗控制、安全性能、实现难度等评价标准下分析对比了它们的有效性和不足。然后提出并分析了本课题的两种策略,通过理论分析和使用OMNeT++仿真工具验证了算法的有效性。最后,总结了本文所做工作,指出了将来的研究方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题研究意义和主要内容
• 1.3 课题的成果及特色
• 1.4 论文组织
• 第二章 无线传感器网络技术概述
• 2.1 无线传感器网络基本结构
• 2.2 无线传感器网络特点
• 2.3 无线传感器网络的应用
• 2.4 无线传感器网络的安全问题
• 2.5 小结
• 第三章 流量分析与源位置保护
• 3.1 源位置保护模型
• 3.1.1 网络模型
• 3.1.2 攻击者模型
• 3.2 相关工作及分析
• 3.2.1 Phantom Routing算法
• 3.2.2 环路陷阱算法
• 3.2.3 GROW算法
• 3.2.4 源仿真算法
• 3.2.5 统计无差别源保护模型
• 3.2.6 LPR算法
• 3.3 小结
• 第四章 分支假路径策略
• 4.1 策略基本思想
• 4.2 简单分支假路径算法
• 4.3 增强分支假路径算法
• 4.4 细节实现策略
• 4.5 仿真实验
• 4.5.1 仿真工具简介
• 4.5.2 仿真具体实现
• 4.5.3 仿真环境
• 4.5.4 仿真结果分析
• 4.6 小结
• 第五章 流量密度感知路由
• 5.1 可控的随机转发策略
• 5.2 流量密度感知算法
• 5.3 仿真结果与分析
• 5.4 小结
• 第六章 结束语
• 6.1 研究开发工作总结
• 6.2 进一步的研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间主要的研究成果