无线传感器网络中定位攻击检测技术研究

论文摘要

无线传感器网络已经广泛应用于环境监测、目标追踪、地理路由等领域。大量低成本、多功能、微小体积的无线传感器网络节点可以布置在一定的区域形成一个大规模的、动态拓扑结构的、应用相关的自组织网络。传感器节点的定位是无线传感器网络的应用之一,也是其众多应用的基础。无线传感器网络的监测任务分配、某些路由机制、覆盖信息、负载均衡和拓扑控制等都依赖于网络中传感器节点的位置信息。因此,定位信息在无线传感器网络的应用中扮演了重要的角色。当传感器网络部署在敌方环境中工作时,敌人能够采用多种手段来干扰传感器节点的定位工作,比如:信号的增幅与衰减,虫洞攻击等等。由于传感器节点定位信息的重要性,对定位机制的安全保护也就成为了一个至关重要的问题。在本文中,我们提出了一种新颖的定位攻击检测机制:LPV协议。不同于其他的定位安全机制,LPV协议以分布式的方式进行工作,并且它并不需要传感器网络配置有较高性能的硬件系统。在LPV协议中,传感器节点依靠相互协调合作的邻居的综合评价来完成定位信息的验证工作。另外,我们的方法分析了定位误差对定位信息验证所造成的影响并保证了LPV的准确性。实验结果显示了我们方法在不同环境下具有良好的性能和对定位攻击较强的抵抗性。此外,我们研究了异常节点再定位的问题,并介绍了质心算法和MSL算法。质心算法首先确定包含未知节点的区域,然后计算这个区域的质心,并将其作为未知节点的位置。MSL算法一种基于蒙特卡罗方法的再定位机制,它不需要传感器节点装配高性能的硬件系统来测量信号强度,到达信号角度或者节点间距离。与LPV协议一样,MSL算法依靠节点间的相邻关系来完成异常节点的再定位。

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及特点
• 1.2.2 传感器网络研究现状
• 1.3 无线传感器网络定位攻击检测技术
• 1.3.1 无线传感器网络定位技术简介
• 1.3.2 无线传感器网络中的定位攻击检测
• 1.3.3 国内外研究现状
• 1.4 本文贡献
• 1.5 论文结构
• 第2章 传感器网络中的定位技术
• 2.1 引言
• 2.2 无线传感器网络定位技术简介
• 2.2.1 无线传感器网络节点定位基本概念
• 2.2.2 无线传感器网络节点定位基本方法
• 2.2.3 定位算法的分类
• 2.3 基于距离的定位
• 2.3.1 基于TOA的定位
• 2.3.2 基于TDOA的定位
• 2.3.3 基于AOA的定位
• 2.3.4 基于RSSI的定位
• 2.4 距离无关的定位算法
• 2.4.1 质心算法
• 2.4.2 DV-HOP算法
• 2.4.3 Amorphous定位算法
• 2.4.4 APIT算法
• 2.5 本章小结
• 第3章 一种分布式的定位攻击检测机制
• 3.1 引言
• 3.2 定位攻击检测问题
• 3.3 LPV协议介绍
• 3.3.1 系统模型假设
• 3.3.2 定位误差的概率模型
• 3.3.3 协议LPV工作原理
• 3.3.4 协议LPV工作流程
• 3.3.5 安全性分析
• 3.4 实验评价
• 3.4.1 实验设置和参数
• 3.4.2 不同异常度下的ROC曲线
• 3.4.3 恶意节点比例对检测机制的影响
• 3.4.4 传感器网络密度对检测机制的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 异常节点定位信息的修正
• 4.1 引言
• 4.2 质心算法
• 4.3 MSL算法
• 4.3.1 背景知识
• 4.3.2 MSL算法介绍
• 4.3.3 实验评价
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢