无线传感器网络节点的安全优化部署

发布时间：2020-05-17 15:27

【摘要】：在无线传感器网络部署初期,节点处于恶劣和敌对的环境中,节点之间的安全通信链路是首要考虑的问题,而网络的覆盖性能直接影响了网络所检测信息的准确性和完整性以及网络的服务质量。因此,本课题研究无线传感器网络节点安全部署所衍生的一系列科学问题,如无线传感器网络密钥管理、基于安全连接的无线传感器网络节点优化部署、多目标优化下的无线传感器网络节点安全部署的研究。首先采用合理的密钥管理方案确保节点之间能够建立安全的通信链路,然后在保证安全连接的基础上设计合理的节点部署方案提高覆盖质量。本文的主要研究工作如下。(1)无线传感器网络密钥管理的研究。在部署区域中采用六边形分组部署无线传感器网络密钥管理方案,各个分组分别分配密钥,利用节点六边形分组部署时同一区域内节点存在共享密钥的概率高而不同区域内节点存在共享密钥的概率小的特点,增强节点的抗捕获能力。通过把主密钥池划分为与分组区域相对应的子密钥池,使相邻节点存在共享密钥的概率提高,提高节点安全连通率。簇头节点之间采用Hadamard矩阵密钥预分配方案,使存储开销相同情况下,任意两个簇头节点都能建立共享密钥实现安全通信。(2)基于安全连接的无线传感器网络节点优化部署。针对目前无线传感器网络节点覆盖优化方案中,无线传感器网络节点位置移动会破坏节点间的共享密钥的问题,采用了基于泰森多边形形心虚拟力和存在共享密钥节点间的安全连接虚拟力的无线传感器网络节点安全优化部署方案。部署方案以提高节点覆盖率为优化目标,引入安全连接虚拟力,以保证节点的安全连接;采用改进泰森多边形形心虚拟力,能够有效指导节点散布过程和实现全局优化。(3)多目标优化下的无线传感器网络节点安全部署的研究。将Pareto多目标优化策略引入到无线传感器网络节点安全部署中,设计基于安全连接的改进多目标粒子群覆盖算法。首先依据Pareto多目标优化的数学模型,建立多目标节点安全部署模型,并将安全连通度和节点网络覆盖率作为目标函数,兼顾解决无线传感器网络安全性和网络覆盖质量的问题。通过自适应的调整惯性权重和粒子速度更新调整改进多目标粒子群算法,同时,采用精英档案策略动态维护最优解集。采用OMNET++5.0和Matlab 2014a作为仿真工具和数据处理工具,对研究节点安全优化部署性能进行验证。仿真结果通过与现有方案对比分析表明:1)研究的密钥管理方案有效提高节点安全连通率,增强节点的抗捕获能力,减小存储开销;2)基于节点安全连接的节点优化部署,能够维持网络一定的安全连接,提高网络覆盖率;3)多目标优化下的无线传感器网络节点安全部署更好地提高了网络覆盖率,同时保证网络安全连通度最大。
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP212.9;TN915.08

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本文编号：2668773