【摘要】：在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署初期,節(jié)點處于惡劣和敵對的環(huán)境中,節(jié)點之間的安全通信鏈路是首要考慮的問題,而網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能直接影響了網(wǎng)絡(luò)所檢測信息的準確性和完整性以及網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。因此,本課題研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點安全部署所衍生的一系列科學(xué)問題,如無線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理、基于安全連接的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點優(yōu)化部署、多目標優(yōu)化下的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點安全部署的研究。首先采用合理的密鑰管理方案確保節(jié)點之間能夠建立安全的通信鏈路,然后在保證安全連接的基礎(chǔ)上設(shè)計合理的節(jié)點部署方案提高覆蓋質(zhì)量。本文的主要研究工作如下。(1)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理的研究。在部署區(qū)域中采用六邊形分組部署無線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理方案,各個分組分別分配密鑰,利用節(jié)點六邊形分組部署時同一區(qū)域內(nèi)節(jié)點存在共享密鑰的概率高而不同區(qū)域內(nèi)節(jié)點存在共享密鑰的概率小的特點,增強節(jié)點的抗捕獲能力。通過把主密鑰池劃分為與分組區(qū)域相對應(yīng)的子密鑰池,使相鄰節(jié)點存在共享密鑰的概率提高,提高節(jié)點安全連通率。簇頭節(jié)點之間采用Hadamard矩陣密鑰預(yù)分配方案,使存儲開銷相同情況下,任意兩個簇頭節(jié)點都能建立共享密鑰實現(xiàn)安全通信。(2)基于安全連接的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點優(yōu)化部署。針對目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點覆蓋優(yōu)化方案中,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點位置移動會破壞節(jié)點間的共享密鑰的問題,采用了基于泰森多邊形形心虛擬力和存在共享密鑰節(jié)點間的安全連接虛擬力的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點安全優(yōu)化部署方案。部署方案以提高節(jié)點覆蓋率為優(yōu)化目標,引入安全連接虛擬力,以保證節(jié)點的安全連接;采用改進泰森多邊形形心虛擬力,能夠有效指導(dǎo)節(jié)點散布過程和實現(xiàn)全局優(yōu)化。(3)多目標優(yōu)化下的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點安全部署的研究。將Pareto多目標優(yōu)化策略引入到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點安全部署中,設(shè)計基于安全連接的改進多目標粒子群覆蓋算法。首先依據(jù)Pareto多目標優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型,建立多目標節(jié)點安全部署模型,并將安全連通度和節(jié)點網(wǎng)絡(luò)覆蓋率作為目標函數(shù),兼顧解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全性和網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量的問題。通過自適應(yīng)的調(diào)整慣性權(quán)重和粒子速度更新調(diào)整改進多目標粒子群算法,同時,采用精英檔案策略動態(tài)維護最優(yōu)解集。采用OMNET++5.0和Matlab 2014a作為仿真工具和數(shù)據(jù)處理工具,對研究節(jié)點安全優(yōu)化部署性能進行驗證。仿真結(jié)果通過與現(xiàn)有方案對比分析表明:1)研究的密鑰管理方案有效提高節(jié)點安全連通率,增強節(jié)點的抗捕獲能力,減小存儲開銷;2)基于節(jié)點安全連接的節(jié)點優(yōu)化部署,能夠維持網(wǎng)絡(luò)一定的安全連接,提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋率;3)多目標優(yōu)化下的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點安全部署更好地提高了網(wǎng)絡(luò)覆蓋率,同時保證網(wǎng)絡(luò)安全連通度最大。
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP212.9;TN915.08

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本文編號：2668773