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《桂林理工大学》 2017年
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基于K-means和信任机制的无线传感器网络低能耗安全路由研究

邓登腾  
【摘要】:超大规模集成电路、半导体技术、无线通信和微机电系统等技术的惊人进步和快速发展,为无线传感器网络(WSN)的发展铺平了道路。由于WSN部署的环境及传感器节点自身条件的限制,能量的最大化利用一直是国内外学者的研究热点。伴随着WSN在人类社会中的实际应用越来越广泛,其安全性也逐渐引起国内外学者的关注。论文借鉴近年来学者提出的相关理论及改进算法,从能量利用和路由安全两方面出发,对WSN能量负载均衡的安全路由算法进行讨论研究和分析。在WSN中,层次路由算法相较于其他路由算法,在能耗性方面具有很大的优势,论文也是针对层次路由算法中比较经典的LEACH算法进行改进,提出一种基于K-means聚类算法的均匀分簇、簇间多跳路由算法,并在此基础上融入混合式信任机制,建立节点间的信任模型,以低能耗的代价提高WSN的鲁棒性。针对LEACH算法存在分簇不均匀和簇头选举随机性的缺陷,提出一种基于K-means的均匀分簇、负载均衡的分簇路由算法(KICMH)。论文首先通过K-means聚类算法根据节点的位置信息对网络进行均匀分簇,以实现整体网络的负载均衡。节点根据其距离簇中心点位置和距基站距离之比以及剩余能量来竞选簇头,以实现簇内的负载均衡。簇头竞选成功后,根据簇头向基站发送数据的开销情况,通过Dijkstra算法生成簇头至基站的最短路径,建立网络拓扑。为减小构建网络拓扑而带来的额外能量损耗,该过程皆由基站实现。针对路由算法面临的安全威胁,论文在KICMH算法的基础上,提出一种基于混合式信任机制的安全路由算法(HT-KICMH)。论文结合分布式和集中式信任机制的优点,提出一种混合式信任机制:基站根据簇头节点发送的数据报文信息以及簇头记录邻居簇头的一个转发(发送)表来集中式计算簇头的信任值,及时隔离恶意簇头,同时建立起簇间的安全多跳路由。而簇头对各自簇成员进行区域自治,通过节点行为对其恶意与否进行信任评价,根据节点的信任值对其簇头竞选因子做出相应的校正,并向基站推荐可靠的候选簇头。为验证论文提出算法的性能及准确性,论文通过实验进行模拟仿真,实验结果发现,论文提出的HT-KICMH算法较原算法在分簇均匀、能量负载均衡和网络生存周期方面得到明显的改善,而混合式信任模型的建立,能够快速发现并孤立恶意节点,提高网络的鲁棒性。
【学位授予单位】:桂林理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP212.9;TN929.5;TP309

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