本文選題：無線傳感器網(wǎng)絡　切入點：LEACH協(xié)議　出處：《華南理工大學》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量廉價微型傳感器節(jié)點通過無線通信方式形成的一種多跳、自組織的網(wǎng)絡系統(tǒng),正廣泛地應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、軍事等領域。目前,無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議、MAC協(xié)議等相關技術已經(jīng)得到了快速發(fā)展,而安全問題的研究方興未艾。隨著信息安全形勢的日益嚴峻,無線傳感器網(wǎng)絡的安全問題,已經(jīng)成為研究熱點。本文首先詳細介紹了無線傳感器網(wǎng)絡的概念、應用以及安全問題。然后,重點研究了LEACH路由協(xié)議及其安全性。由于傳感器節(jié)點資源有限,當前很多成熟的網(wǎng)絡安全技術無法很好的運用在無線傳感器網(wǎng)絡中。本文以資源受限為前提,提出了一套基于LEACH的低功耗安全改進協(xié)議。該協(xié)議主要在LEACH協(xié)議的基礎上做出了以下改進:(1)改進了簇頭選舉算法和最優(yōu)簇頭選取策略,在簇頭選舉時,把節(jié)點剩余能量、與基站的距離作為重要參考因素。另外,最優(yōu)簇頭的選取綜合考慮簇頭信號強度、剩余能量以及與基站的距離等因素。(2)采用基于預分配方式的對稱密鑰機制為LEACH協(xié)議構建起一套完整的密鑰管理體系,通過周期性的更新網(wǎng)絡主密鑰、節(jié)點密鑰和簇密鑰,保障整個密鑰體系的安全性。此外,在密鑰管理機制上融合了消息認證、身份認證、鏈路認證等機制,這些輕量級安全機制的應用為LEACH協(xié)議構建起了一個健壯可靠的安全防御體系。(3)針對簇頭節(jié)點易成攻擊對象的特點提出了簇首監(jiān)控機制,該機制為每一個簇頭節(jié)點選定另一個簇頭節(jié)點作為其監(jiān)控節(jié)點。監(jiān)控簇頭節(jié)點在傳輸數(shù)據(jù)給被監(jiān)控對象的同時,也傳輸跟蹤數(shù)據(jù)給基站。如此,基站通過分析計算監(jiān)控簇頭發(fā)送的數(shù)據(jù),檢測出網(wǎng)絡中是否存在丟包等攻擊行為。本文最后采用NS2對改進協(xié)議進行實現(xiàn)與仿真。經(jīng)過大量試驗驗證,本文提出的改進協(xié)議對不具備合法身份的攻擊者發(fā)起的外部攻擊具備有效的防御能力。對于攻擊者俘獲簇頭節(jié)點進而發(fā)起的內(nèi)部篡改、丟包等攻擊具有一定的檢測能力。此外,仿真結果表明,改進協(xié)議采用的低功耗設計策略,減少了因安全機制的引入帶來的能耗增加,且基本上能接近LEACH協(xié)議的能耗水平。
[Abstract]:Wireless sensor network is deployed in the monitoring area by a large number of micro sensor nodes through wireless communication to form a multi hop, self-organizing network system, is widely used in industrial, agricultural, commercial, military and other fields. At present, the wireless sensor network routing protocol, MAC protocol and other related technology has been rapid the development and the research on security is just unfolding. With the information security situation is increasingly grim, the security problem of wireless sensor network, has become a hot research topic. This paper first introduces the concept of wireless sensor network, and application security issues. Then, focusing on the study of LEACH routing protocol and its security. Due to the limited resources of sensor nodes, the current use a lot of mature network security technology can not very well in wireless sensor networks. Based on the limited resources as the premise, put forward a A low power consumption safety improvement based on LEACH protocol. This protocol is mainly based on the LEACH protocol and made the following improvements: (1) improved the cluster head election algorithm and the optimal cluster head selection strategy, in the election of cluster head, the node residual energy, the distance from the base station as an important reference factor. In addition, the optimal strength the cluster head selection considering cluster head signal, the residual energy and the distance from the base station and other factors. (2) the symmetric key pre distribution mechanism based on the LEACH protocol to build up a complete set of key management system, through the network to update the master key periodically, and the key node of the cluster key, guarantee the safety of the whole the key system. In addition, the key management mechanism on the integration of message authentication, identity authentication, link authentication mechanism, the security mechanism for the application of lightweight LEACH protocol establishes a robust security defense can rely on System. (3) according to the characteristics of the cluster head node to attack object is proposed first cluster monitoring mechanism, the mechanism for each cluster head node selects another cluster head node as its monitoring node. Monitoring the cluster head node to the monitored object at the same time in the transmission of data, transmission of tracking data to the base station. So, the base station computer monitoring cluster head transmitted through the analysis of data, detect the packet loss and other network attacks. Finally, using NS2 simulation and implementation of the protocol. After a large number of experiments, the proposed protocol to initiate improvement does not have the legal identity of the attacker's external attacks have for effective defensive capabilities. The internal attackers tampering with the cluster head node capture and then launched the attack, packet loss has certain testing ability. In addition, the simulation results show that the improved protocol adopts low power design strategy, reducing the The introduction of the security mechanism brings more energy consumption and is basically close to the energy consumption level of the LEACH protocol.

【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP212.9;TN929.5

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