基于信任管理机制的WSNs簇头选举策略

发布时间：2017-09-23 15:06

  本文关键词：基于信任管理机制的WSNs簇头选举策略

  更多相关文章： 分簇无线传感器网络 簇头选举 安全 信任 能耗

【摘要】：近年来,随着物联网的不断发展,无线传感器网络(WSNs)已逐步应用至军事、商用等多个领域,且常被部署于无人监管的开放式环境中,网络安全性难以得到保障。路由协议是WSNs稳定运行的基础,其中分簇WSNs因其易管理、可扩展性强等特点得到了广泛的研究和应用,簇头作为分簇WSNs网络通信和安全的瓶颈,其选举策略成为当前研究中的重点。因此如何设计出适合分簇WSNs的安全机制,并加强簇头选举的合理性是当前十分重要的研究方向。为了提高分簇WSNs的安全性,本文提出了一种集中式的信任管理机制,该机制制定出一系列具有针对性的节点恶意行为检测方案对节点行为进行检测,并将检测结果作为节点信任参数用于节点信任值的评估计算,通过使用信任值对节点可信度进行评估,继而进行多种安全决策以提升网络安全性。集中式的信任管理策略采用由基站对所有节点的信任值进行计算、存储、管理和决策的方式,这种方式可以实现信任值的全局性,避免节点在系统中存在不同信任值而引起的安全策略上的冲突问题,同时可以减少信息重复计算产生的能量浪费,实现网络对节点信任更加直接有效的管理和应用。本文主要将信任值的评估结果作为簇头选举时的参考依据,确保簇头的安全性。为了解决传统簇头选举策略存在的问题,加强网络安全性,节省能量并平衡网络负载,本文提出了一种基于信任管理机制的集中式簇头选举策略,首先利用K-Means聚类分簇实现簇结构的均匀划分,平衡网络负载;然后在每个簇内,利用信任管理机制得到的节点信任值进行簇头初选,避免低信任值节点当选簇头,从而加强网络安全性;最后综合考虑节点能量、密度和距离多个因素进行簇头的二次选取,以节省网络能耗并延长网络生命周期,最终保证簇头选举的安全性和合理性。在上述研究的基础上,本文实现了安全分簇路由协议的原型系统,实验结果发现,本文提出的簇头选举方法在提升网络安全性的同时将能耗控制在了合理范围内,证明了本文提出的簇头选举策略的有效性。
【关键词】：分簇无线传感器网络 簇头选举 安全 信任 能耗
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题研究背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-17
• 1.2.1 WSNs安全威胁研究11-12
• 1.2.2 WSNs安全机制研究12-13
• 1.2.3 WSNs簇头选举方法研究13-15
• 1.2.4 WSNs信任管理模型研究15-17
• 1.3 国内外文献综述的简析17
• 1.4 本文工作内容及组织结构17-19
• 第2章 安全簇头选举相关理论基础19-29
• 2.1 WSNs分簇路由协议介绍19-21
• 2.1.1 WSNs路由协议分类19-20
• 2.1.2 经典分簇路由协议介绍20-21
• 2.1.3 经典分簇路由协议问题分析21
• 2.2 WSNs异常行为检测方法介绍21-23
• 2.3 WSNs信任管理机制介绍23-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 WSNs集中式信任管理机制研究29-51
• 3.1 集中式信任管理模型构建29-30
• 3.2 节点信任参数获取30-34
• 3.2.1 选择性转发攻击检测30-32
• 3.2.2 恶意数据攻击检测32-34
• 3.3 节点信任参数整合34-35
• 3.4 节点信任计算35-39
• 3.4.1 贝叶斯信任模型35-37
• 3.4.2 信任初始化37-38
• 3.4.3 信任计算和更新38-39
• 3.5 实验过程与结果分析39-50
• 3.5.1 选择性转发攻击实验39-44
• 3.5.2 恶意数据检测实验44-46
• 3.5.3 信任模型实验46-50
• 3.6 本章小结50-51
• 第4章 基于信任管理机制的簇头选举策略51-65
• 4.1 安全分簇路由设计框架51-52
• 4.2 簇头选举策略设计52-57
• 4.2.1 集中式簇头选举控制策略52-53
• 4.2.2 基于K-Means的分簇方式53-54
• 4.2.3 基于信任的安全簇头初选54-55
• 4.2.4 基于能耗的二次簇头选举55-57
• 4.3 多跳路由的构建57-58
• 4.4 实验过程及结果分析58-64
• 4.4.1 K-Means分簇效果实验58-59
• 4.4.2 基于信任的安全簇头初选实验59-60
• 4.4.3 基于能耗的二次簇头选举实验60-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第5章 原型系统的设计与实现65-81
• 5.1 系统架构设计65-66
• 5.2 系统设计与实现66-72
• 5.2.1 选择性转发攻击检测模块66-67
• 5.2.2 集中式信任管理模块67-68
• 5.2.3 集中式簇头选举模块68-69
• 5.2.4 多跳路由构建模块69-70
• 5.2.5 数据传输模块70-72
• 5.3 实验过程与结果分析72-80
• 5.3.1 参数配置72
• 5.3.2 实验过程72-77
• 5.3.3 结果分析77-80
• 5.4 本章小结80-81
• 结论81-82
• 参考文献82-86
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果86-88
• 致谢88

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本文编号：905911