基于信任云的无线传感网安全路由方法研究

发布时间：2020-08-09 15:02

【摘要】：无线传感网(Wireless Sensor Networks,WSN)是由大量传感器节点构成的具有自组织、多跳传输等特征的网络系统,为具有感知功能的物联网构建提供了技术基础,应用前景广阔。然而,受限于WSN自身的安全脆弱性,其面临着诸多待解的突出问题,如何建立安全高效的WSN路由就是其中之一。近年来发展起来的云理论为WSN安全路由问题的解决提供了可能。本文研究了WSN安全路由协议,针对在WSN路由中可能面临的恶意节点攻击问题,提出了基于信任云的安全路由算法TC-SRA(the Trusted Cloud-based Secure Routing Algorithm)。本文的研究内容和创新工作主要包括:1.从无线传感网特点以及应用出发,分析了WSN所面临的安全问题,并重点研究了WSN路由所面临的攻击以及解决方法和常见的无线传感网络安全路由算法,为后续的课题研究奠定了基础。2.提出面向WSN的信任云节点构建方法,建立起基于普通节点、簇头节点、信任云节点和Sink节点的簇化层次型无线传感网络模型。WSN基于信任云节点监测危害网络安全的节点行为。3.所设计的算法根据节点区域密度和位置分级成簇,在进行簇头节点和信任云节点选取时综合考虑节点的剩余能量、节点的分布情况、节点之间的距离以及节点的信誉度。4.基于信任云的信任评估实现无线传感网的安全路由。在信任云节点的监督之下识别和排除具有攻击性的恶意节点,在进行路由选择时综合考虑节点之间的通信距离和节点的信誉度,实现能量高效的安全路由。仿真测试结果表明:提出的基于信任云的安全路由算法有助于解决无线传感网路由安全问题,可以快速识别网络中存在的恶意节点的连续攻击和信任欺骗攻击并将其排除网络,实现能量高效的安全路由管理。
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【图文】：

节点,死亡时间,攻击行为

络通信的过程中，网络路由中存在的恶意节点攻击行为会影响网络节间。图 5.3 显示了未受到攻击的 LEACH-C 和受到攻击-C(Attacked-LEACH-C)以及受攻击的信任云方案(TC-SRA)的节点存活比。由图可以看出：在 LEACH-C 协议中，如果网路路由中不存在恶由攻击，第一个正常节点死亡的时间约为 400s，当路由中存在恶意节点的死亡时间在 260s 左右；本文方法 TC-SRA 在 170s 左右出现节点任评估机制发现在网路路由中存在恶意节点攻击行为，并将恶意节点，而不是真正的死亡节点，节点的真正死亡时间在 500s 左右；另一方死亡分布来看，LEACH-C 协议算法下的网络节点在后期的每个时间亡，能量不均衡，而 TC-SRA 因为采用层级管理机制，在大约 500s 以节点死亡，实现了能量的负载均衡。

信誉,算法,节点

为了更好的评价所提出的路由方法的安全性，本文将从节点的信誉值变化、平均数据包的传递率以及恶意节点的检测率三个方面进行对比分析。节点的的信誉值由节点的行为所决定。图 5.5 显示了当无线传感网路由中存在恶意节点进行连续攻击时节点信誉值的变化；本文中信任阈值设定为 0.3。节点 1是正常节点，节点 2 与节点 79 是连续攻击节点。由图可见，正常节点 1 由于在按照路由传递数据时的通信行为正常所以可信度较高，信誉值维持在 1 附近，异常连续攻击节点 2 从 50s 开始发起攻击，节点 79 从 100s 后开始发起攻击，TC-SRA 算法

变化图,信誉,算法,节点

再参与路由。图 5.5 TC-SRA 算法中连续攻击节点的信誉值变化图 5.6 显示了当无线传感网路由中存在恶意节点进行信任欺骗攻击时节点信誉值的变化。节点 1 和节点 4 是正常节点，节点 22 是进行信任欺骗攻击的节点。由图可知，正常节点的行为可能会因为环境等因素的影响发生一定变化，TC-SRA 算法下其信誉值也有所波动，但整体波动较小且高于信任阈值；相比之下，节点 22 为达到欺骗目的行为反复变化，TC-SRA 算法下其信誉值反复波动，整体信誉值一直下降直至 390s 左右降到信任阈值以下，被判定为恶意节点，将被移除网络不再参与路由。

【参考文献】