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基于分簇无线传感器网络低能耗安全路由协议的研究

李雅卿  
【摘要】: 作为一种新的信息获取方式和处理模式,无线传感器网络(Wireless SensorNetworks,简称WSNs)目前已成为通信领域备受关注的研究热点。WSNs是一种新型的无基础设施的无线网络,能够协作地实时检测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,并对其进行处理,通过无线通信的方式把信息传送到信息汇聚点。WSNs不需要固定的网络支持,具有快速展开、抗毁性强等特点,具有十分广阔的应用前景。该项新技术引起了学术界和工业界的高度重视。 无线传感器网络的路由协议是当前研究的热点之一。由于无线传感器网络具有区别于传统网络的特点,如节点能量、计算能力、通信带宽都严格受限,并且高度应用相关,已提出的大量路由协议不能适用于无线传感器网络,必须设计新的无线传感器网络路由协议。目前,适用于无线传感器网络的路由协议较多,对典型的分簇路由协议LEACH的研究也是当前研究的热点。 本文首先针对无线传感器网络的特点,总结、比较分析了典型的路由协议的路由机制,同时从路由安全的角度,概述了无线传感器网络路由协议中常见的攻击类型,并对其安全性进行了分析。接着,详细分析了LEACH分簇路由协议,并且在NS2仿真平台中实现了LEACH协议的仿真,同时分析研究了LEACH路由协议的不同仿真参数对无线传感器网络的各项性能指标的影响。然后,本文建议性的提出了对LEACH协议的两种改进方案,分别针对LEACH协议的能量消耗和安全性进行了进一步的探讨。改进方案之一是基于LEACH的区域簇头选择簇间多跳传输(LEACH-ZMH)路由协议,它从簇头选择和数据传输两个方面进行了优化,有效的减少了LEACH路由协议中的能量消耗。通过在网络中划分区域,在区域范围内进行簇头选择,使得簇头分布更加均匀,从而达到减少成员节点与簇头节点数据传输能量消耗的目的;同时采用簇间多跳传输方式,减少了远离Sink节点的簇头进行数据传输时的能量,延长了网络的存活时间。改进方案之二是鉴于LEACH路由协议中缺乏对安全性的考虑,提出了一种适用于LEACH协议的安全解决方案,它在LEACH协议上添加了链路的双向性验证和节点身份认证两个过程,使其能够有效抵御LEACH协议中最容易遭受的攻击——HELLO Floods。本文通过仿真实验验证了LEACH-ZMH分簇路由协议在NS2仿真平台中实现的可行性,以及理论性的验证了适用于LEACH协议的安全解决方案的有效性。最后,对本论文的工作进行总结,并提出了本课题领域有待于进一步研究的问题。 本论文得到了国家自然科学基金项目(批准号:60672137,60773211),新世纪优秀人才支持计划项目(批准号:NCET-08-0806),教育部博士点基金项目(批准号:20060497015)和湖北省科技攻关项目(批准号:2007AA101C63)的资助。


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