抵御恶意攻击的无线传感网络安全定位算法研究

发布时间：2017-08-17 06:18

  本文关键词：抵御恶意攻击的无线传感网络安全定位算法研究

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【摘要】：随着微机电系统、片上系统、低功耗嵌入式技术和无线通信技术的飞速发展,孕育出无线传感器网络,并以其低功耗、低成本、自组织和分布式的特点带来了一场信息感知的变革。无线传感器网络是由分布在监测区域内大量的微型廉价传感器节点组成,通过无线通信的方式形成的一个多跳的自组织网络。无线传感器网络根据应用背景的不同支持低速率和高速率数据传输,近距离和远距离通信。传感器节点定位技术是无线传感器网络中的一项关键技术之一,在民用和军事领域中都有着广泛的应用前景。因为无线传感器网络经常部署在难以监管或者环境恶劣的地方,所以安全性就成了另外一个值得关注的问题。如果环境中存在攻击者或者恶意节点的话,那么节点定位的准确性就会下降,从而导致整个网络难以正常运行。本文就恶意攻击环境中的安全定位问题作了深入研究,先后提出了两种安全定位算法:梯度下降安全定位算法(G r a d i e n t d e s c e n t se c u r e l o ca l i z a t i o n al g o r i t h m,G D S L A)和牛顿迭代安全定位算法(N e w t o n i t er a t i v e se c u r e l o c a l i z a t i o n al g o r i t h m,N I S L A)。梯度下降法的主要思想是使用迭代的方法来最小化合适的代价函数,在迭代的过程中,使用动态更新的梯度来去除恶意锚节点产生的不一致的信息。该算法主要分为两步:第一步使用所有锚节点的信息来计算定位节点的位置,直到梯度的模小于门限阈值;第二步选择性地去除不一致的信息来减轻恶意锚节点对定位结果产生的影响。牛顿迭代法在梯度下降法的基础上,使用代价函数的二阶泰勒级数和海森矩阵进行迭代,大幅度地缩小了算法的迭代次数,同时提高了算法的稳定性和定位精度。仿真和实验证明,上述两种算法都能较好地满足无线传感器网络在恶意攻击环境中的定位要求。
【关键词】：无线传感器网络 安全定位 恶意攻击 梯度下降 牛顿迭代
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 无线传感器网络概述9-10
• 1.2 定位技术10-11
• 1.3 安全定位技术11-12
• 1.4 国内外研究现状12-13
• 1.5 本课题的研究背景及意义13-14
• 1.6 本文的主要内容与结构安排14-16
• 第2章 无线传感器网络安全定位理论基础16-24
• 2.1 传感器模型16-17
• 2.1.1 传感器信号强度模型16
• 2.1.2 传感器阵列模型16-17
• 2.2 传感器节点定位算法17-20
• 2.2.1 单一节点定位算法18-20
• 2.2.2 多节点定位算法20
• 2.3 安全定位问题20
• 2.4 安全定位模型20-21
• 2.5 安全定位补充说明21-22
• 2.6 安全定位问题分析22-23
• 2.7 本章小结23-24
• 第3章GDSLA安全定位算法24-38
• 3.1 攻击模型24-26
• 3.1.1 独立攻击模型24-25
• 3.1.2 协同攻击模型25-26
• 3.2 GDSLA定位算法原理26-28
• 3.2.1 梯度下降法26-27
• 3.2.2 异常检测算法27-28
• 3.3 GDS LA定 位算法流程及伪代码28-30
• 3.4 仿真实验及性能分析30-37
• 3.4.1 仿真环境30-31
• 3.4.2 固定步长与可变步长的选择31-32
• 3.4.3 差分阈值 β 的选择32-33
• 3.4.4 独立攻击仿真结果与分析33-35
• 3.4.5 协同攻击仿真结果与分析35-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 NISLA安全定位算法38-47
• 4.1 NISLA定位算法原理38-39
• 4.2 NISLA定位算法流程及伪代码39-41
• 4.3 仿真实验及性能分析41-46
• 4.3.1 仿真环境41-42
• 4.3.2 独立攻击仿真结果与分析42-44
• 4.3.3 协同攻击仿真结果与分析44-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第5章 安全定位算法实验分析47-59
• 5.1 定位算法实验的整体思路47-48
• 5.2 基于RSSI的信息收集技术48-51
• 5.2.1 基于RSSI的实验测距模型48
• 5.2.2 RSSI测 距实验48-51
• 5.2.2.1 测距环境48-49
• 5.2.2.2 测距数据49
• 5.2.2.3 数据拟合49-50
• 5.2.2.4 误差分析50-51
• 5.3 安全定位算法实验结果及分析51-58
• 5.3.1 实验环境51
• 5.3.2 实验结果及分析51-58
• 5.4 本章小结58-59
• 总结与展望59-61
• 参考文献61-65
• 附录A （ 攻读学位期间所发表的学术论文目录 ）65-66
• 致谢66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 郝本建;李赞;万鹏武;司江勃;齐佩汉;关磊;;基于TDOA与GROA的信号源被动定位偏差消除技术[J];电子学报;2014年03期

2 叶苗;王宇平;;一种新的容忍恶意节点攻击的无线传感器网络安全定位方法[J];计算机学报;2013年03期

3 曹晓梅;俞波;陈贵海;任丰原;;传感器网络节点定位系统安全性分析[J];软件学报;2008年04期

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本文编号：687495