【正文】 } if (statenode==1) totalleft++。 total[0]=100。}}}END { //對應(yīng)時間段，得出能量消耗量并打印for(i=0。 countcyl++。 } EnergyawkBEGIN {countcyl=0。 lasttime=simtime。 //當(dāng)前時間發(fā)包且接收的總數(shù) lasttime=0。 if {[expr $xmitat + $end_frm_time_] \ [expr $next_change_time_ 10 * $opt(ss_slot_time)]} { $ns_ at $xmitat $self sendData當(dāng)簇成員節(jié)點接收到這個消息后，查看自己在TDMA表中的位置，根據(jù)位置分配時間，如果距離下一輪選舉的時間小于10幀數(shù)據(jù)發(fā)送的時間，就可以發(fā)送數(shù)據(jù)。 LEACH源碼分析首先在NS終端運行./test，對默認(rèn)的腳本進行初始化，然后執(zhí)行ns tcl/ex/。至此一次完整的仿真過程就結(jié)束了。（2）Link：主要成分是Connector、Queue及Delay三個類，用來連接網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。第4章 仿真實驗及結(jié)果 NS2介紹NS2[5]（Network Simulator網(wǎng)絡(luò)模擬)是一個離散事件模擬器，可以實現(xiàn)對TCP通信、路由協(xié)議、多播協(xié)議(包括有線和無線網(wǎng)絡(luò))等的仿真。未接通網(wǎng)絡(luò)之前，由基站統(tǒng)一分配ID號、第一輪的初始密鑰以及其他驗證信息給每一個節(jié)點，待初始化完成之后，接通網(wǎng)絡(luò)，此時的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境可能相對而言不太安全，攻擊者可以發(fā)起各種攻擊來擾亂網(wǎng)絡(luò)的正常工作，也可捕獲其中個別節(jié)點，若成功破解合法節(jié)點的密鑰，就可以偽裝成正常節(jié)點，參與到網(wǎng)絡(luò)的活動中來，從而給整個網(wǎng)絡(luò)造成致命的威脅。LEACH算法具有以下幾個特點[4]：（1）簇頭節(jié)點把從簇內(nèi)節(jié)點那兒獲得的數(shù)據(jù)進行融合后再發(fā)送給基站，這樣一來就節(jié)約了信息的傳送量。數(shù)據(jù)傳輸階段持續(xù)一段時間后，網(wǎng)絡(luò)進入新一輪的簇重構(gòu)，如此不間斷地循環(huán)。匯聚節(jié)點和感知節(jié)點動態(tài)調(diào)整信任值并監(jiān)測其鄰居行為，若出現(xiàn)大量信息包被丟棄或節(jié)點接收到妥協(xié)數(shù)據(jù)，匯聚節(jié)點將沿著該路徑發(fā)起一個不安全位置搜索，發(fā)現(xiàn)后匯聚節(jié)點記錄該位置，并加入黑名單。當(dāng)N1與N0之間的距離小于或等于N1與N2之間的距離時，N1向N0傳送的消息就會被N2所接收。但其只在網(wǎng)絡(luò)初始化階段進行一次檢測，不能監(jiān)控運行中的網(wǎng)絡(luò)攻擊。這樣，即使某一條最優(yōu)路徑被破壞，也不影響節(jié)點間的通信。簇頭競選機制的具體過程是：每個傳感器節(jié)點選擇一個[0,1]之間的數(shù)，一旦選定的值小于某一個閾值T(n)，那么這個節(jié)點就成為簇頭節(jié)點，T(n)的計算為公式如下：Tn=P1Prmod1P0 n∈G （）其中，p：簇頭節(jié)點數(shù)占總節(jié)點數(shù)的百分比，n：網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點的個數(shù)，r：已完成的周期數(shù)，G：網(wǎng)絡(luò)生存期總的周期數(shù)。TESLA負責(zé)向全網(wǎng)安全廣播認(rèn)證消息，SNEP負責(zé)數(shù)據(jù)加密以及雙向認(rèn)證等。進一步分析得到，其中平面路由協(xié)議又分為四類，為基于能量的路由協(xié)議、基于查詢的路由協(xié)議、基于地理位置的路由協(xié)議以及基于可靠性的路由協(xié)議。缺點是網(wǎng)絡(luò)通信依賴于密鑰分配中心，若密鑰分配中心被破壞，則整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)即被攻破，另外網(wǎng)絡(luò)的可擴展性也較差。目前對安全問題的研究主要分為兩個層次，分別為密鑰管理：主要作為節(jié)點之間身份認(rèn)證的憑證，是提供網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)機密性、完整性、真實性安全的重要保障。黑洞攻擊通過變更網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸方向，來加快網(wǎng)絡(luò)局部區(qū)域的能耗速度；（3）Wormholes攻擊：蠕蟲洞攻擊拉近了不同分區(qū)里節(jié)點的距離，使彼此成為鄰居，達到破壞無線傳感器網(wǎng)絡(luò)正常分區(qū)的效果；（4）Hello泛洪攻擊：通常在路由協(xié)議中節(jié)點被要求不斷發(fā)送Hello包，攻擊節(jié)點憑借自身較強的收發(fā)能力，在全網(wǎng)范圍內(nèi)廣播 Hello Flood消息，致使每個節(jié)點誤以為該節(jié)點為自己的鄰居，但當(dāng)一個較強的惡意節(jié)點以大功率廣播Hello包時，使得距離惡意節(jié)點較遠的節(jié)點誤以為該惡意節(jié)點距離自己很近，并且與之建立路由路徑，而事實上由于距離過遠，它們之間根本無法完成數(shù)據(jù)傳遞，這樣就會形成路由斷路，從而導(dǎo)致大量數(shù)據(jù)難以傳遞到目的節(jié)點。（10）安全管理問題（security management）通信中密鑰更新以及網(wǎng)絡(luò)變更引起的安全變更。（3）可用性（availability）即傳感器網(wǎng)絡(luò)、節(jié)點、信息可用。第二章：針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全需求，闡述其面臨的威脅及如何抵御攻擊，繼而做出總結(jié)。不僅是中老年人的健康狀況，在嚴(yán)重疾病的治療過程中，也可以在人體器官中植入一些微型傳感器來遠程監(jiān)測器官的生理狀態(tài)，將器官的惡化情況數(shù)據(jù)化，以便醫(yī)生及時采取治療措施挽救病人生命。（5）應(yīng)用相關(guān)性無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與具體應(yīng)用密切相關(guān)，可根據(jù)不同的應(yīng)用要求，選擇不同的網(wǎng)絡(luò)軟硬件和應(yīng)用協(xié)議，例如一些網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用傾向于數(shù)據(jù)收集，對其安全性要求不高；但有的應(yīng)用需要更高的安全性卻對實時信息不苛求；還有的應(yīng)用要求其能定位，而有的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用卻忽略其位置信息。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點及應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有以下特點[12]：（1）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點自身硬件配置受限計算速率、通信能力、物理大小、存儲容量等方面制約著傳感器節(jié)點的發(fā)展。MAC協(xié)議能夠協(xié)調(diào)公平有效地管理多個傳感器節(jié)點，在確保性能的前提下通過減少節(jié)點的能耗，達到為傳感器節(jié)點有效合理分配資源的目的。通信能力有限無線傳感器網(wǎng)絡(luò)帶寬窄、覆蓋范圍較小，節(jié)點之間避免不了會因為通信過于頻繁而導(dǎo)致信息在傳輸過程中丟失，更何況受外界環(huán)境的影響，也會導(dǎo)致部分節(jié)點脫離網(wǎng)絡(luò)，因此其通信能力非常有限。 圖11 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)圖分簇式傳感器網(wǎng)絡(luò)是以簇為單位劃分網(wǎng)絡(luò)的，每個簇由一個簇首節(jié)點和若干個簇內(nèi)成員節(jié)點組成，傳感器節(jié)點將收集到的數(shù)據(jù)沿著其他傳感器節(jié)點逐跳進行傳輸，通過自組織方式組網(wǎng)，監(jiān)測數(shù)據(jù)在傳輸過程中被多個節(jié)點處理后，經(jīng)過多跳后路由到sink匯聚節(jié)點（又稱網(wǎng)關(guān)節(jié)點），各條路徑上收集來的數(shù)據(jù)信息由匯聚節(jié)點進行冗余壓縮，最后通過互聯(lián)網(wǎng)或其他無線通信網(wǎng)絡(luò)（如衛(wèi)星通信等）到達管理節(jié)點，用戶通過管理節(jié)點對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行配置和管理，以及收集監(jiān)測數(shù)據(jù)。通過保證WSNs的安全、保證路由和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的安全性，來減少或避免因為信息遭到泄露、破壞而造成的損失，已經(jīng)成為目前限制WSNs進一步普遍應(yīng)用的關(guān)鍵問題。我國研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的步伐緊跟國際的腳步。論文要求對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點特性、遭受的攻擊種類及防御措施進行詳細闡述，重點對路由協(xié)議進行研究，選取LEACH協(xié)議對其進行深入探討和仿真，特別針對惡意節(jié)點對現(xiàn)有改進算法在安全方面進行分析?；贚EACH路由協(xié)議，通過增加對惡意節(jié)點的檢測技術(shù)，引進更為安全的路由策略——SELEACH，在對該策略進行設(shè)計后給出了詳細的分析報告，體現(xiàn)改進算法在安全性能優(yōu)化、能量利用率和延緩網(wǎng)絡(luò)生存周期上的突出表現(xiàn)。例如張濤等人提出了一種基于分簇的安全路由協(xié)議CSRP[4]，該協(xié)議是在LEACH的基礎(chǔ)上，以增強路由安全性同時兼顧網(wǎng)絡(luò)能耗為設(shè)計目標(biāo)，并引入雙向評測機制，能對惡意節(jié)點進行檢測，有效地提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性能，一定程度上保證了數(shù)據(jù)的認(rèn)證性、保密性以及完整性；鄧亞平等提出的SRDC[1]是一種基于動態(tài)分簇的異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)安全路由協(xié)議，該協(xié)議通過多種安全機制實現(xiàn)節(jié)點認(rèn)證、組密鑰更新和密鑰協(xié)商，不僅降低了能耗，對節(jié)點的抗入侵能力和自我恢復(fù)能力也有一定作用；郭蕓在LEACH路由協(xié)議的基礎(chǔ)上，通過增加身份認(rèn)證機制、密鑰的動態(tài)更新機制，以及雙重密鑰加密機制，提出了一個新的安全策略——IS．LEACH[5]來提高LEACH協(xié)議的抗攻擊能力。路由協(xié)議是否安全直接影響了WSNs的可靠性和安全性，因此安全路由協(xié)議的研究已成為WSNs安全研究的重點。所以在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點具有雙重功能。易擴展傳感器節(jié)點一般采用統(tǒng)一、整齊排列的外部接口，如果需要在某個應(yīng)用場合對其功能做擴展或者按需添加硬部件時，可直接插入無須重新進行設(shè)計。網(wǎng)絡(luò)層主要用于選擇、維護無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由，確保從源節(jié)點傳送到目的節(jié)點的數(shù)據(jù)信息能夠正確，同時選取的路徑要最優(yōu)化、能量最少、最安全。一方面因為傳感器節(jié)點應(yīng)用的時候是大規(guī)模部署的，節(jié)點價格過于昂貴實施起來將不切實際，所以要求其價格應(yīng)盡可能低；另一方面現(xiàn)代加工工藝進步使傳感器節(jié)點的集成能力有所提高，但是就節(jié)點的能耗而言，遠比不上傳統(tǒng)的通信計算機。在不同用途的應(yīng)用中，傳感器網(wǎng)絡(luò)的具體設(shè)計也不經(jīng)相同，它顯著的特征就是能夠針對某一特定的應(yīng)用設(shè)計出特定的網(wǎng)絡(luò)。還可以通過長期收集植入人體節(jié)點的數(shù)據(jù)，用于研制新的藥品。并在對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中幾類經(jīng)典路由協(xié)議進行簡要介紹的同時也對它們的性能進行分析比較。（4）數(shù)據(jù)新鮮性（freshness）確保每個消息都來自最新的數(shù)據(jù)，這樣才能阻斷攻擊者中轉(zhuǎn)過時的數(shù)據(jù)。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的威脅無線傳感器網(wǎng)絡(luò)沒有中心管理節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)部署完成前其拓撲結(jié)構(gòu)未知，并且傳感器節(jié)點分布的壞境惡劣，其物理安全不能保證，更別說更換電池或者補充能量了。 假冒節(jié)點和惡意的數(shù)據(jù) 入侵者在網(wǎng)絡(luò)中添加一個傳感器節(jié)點，用于發(fā)送偽造的數(shù)據(jù)或阻斷真數(shù)據(jù)的傳輸，目的在于控制整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。能夠?qū)γ荑€從形成到注銷過程中所出現(xiàn)的問題進行處理，包括系統(tǒng)密鑰池的初始化，密鑰的分發(fā)、更新、銷毀以及存儲等。（3）基于分簇方式的密鑰管理方案將網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點動態(tài)或靜態(tài)地劃分成多個簇，并根據(jù)劃分的簇對密鑰實施管理，這類協(xié)議更加符合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實際應(yīng)用，特別是基于分簇方式的密鑰管理協(xié)議。層次路由協(xié)議采用的是分簇的原理，即將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域劃分成很多的簇，通過簇頭節(jié)點來協(xié)調(diào)簇內(nèi)成員節(jié)點的工作，從而達到在保證網(wǎng)絡(luò)可擴展性的同時不降低服務(wù)質(zhì)量Qos的目的。該協(xié)議可以在為點到點的信息提供機密服務(wù)的同時保證信息的完整性，但未提出密鑰更新機制和密鑰分配機制且沒解決信道阻塞等問題。若節(jié)點在上一輪中擔(dān)任過簇頭，則T(n)=0，且該節(jié)點在這一輪中將不會再被選為簇頭；T(n)=1，即網(wǎng)絡(luò)中只剩下一個節(jié)點未當(dāng)選過簇頭，那么該節(jié)點無條件地成為簇頭；如果節(jié)點從未當(dāng)選過簇頭，則根據(jù)T(n)的值參與競爭。整個過程分為三個階段：基站廣播路由請求信息。對于LEACH協(xié)議而言，惡意節(jié)點可以利用它的簇頭節(jié)點產(chǎn)生的機制進行Sybil攻擊。而且，在N1向N0發(fā)送消息后的一段時間內(nèi)，接收到N1消息的N2也會向簇頭N0傳送該消息，因此，將N2設(shè)置為休眠狀態(tài)可以避免其向簇頭N0重復(fù)發(fā)送消息，有效節(jié)約網(wǎng)絡(luò)能耗。TRANS路由機制：匯聚節(jié)點廣播一條包括源位置、目的位置和消息認(rèn)證碼的請求消息，該消息用共享的密鑰加密，可信任的鄰居解密這個請求，添加自己的位置信息后再用共享的密鑰加密該消息，并轉(zhuǎn)發(fā)給鄰近的節(jié)點。LEACH協(xié)議的具體執(zhí)行過程如下[13]：圖 32 LEACH 每輪簇形成算法的流程圖。（2）LEACH算法用基于TDMA/CDMA的MAC層機制進行數(shù)據(jù)傳送控制，來降低簇與簇之間的沖突；（3）集中并且周期性的進行數(shù)據(jù)采集；（4）并不需要為用戶提供實時數(shù)據(jù)，因此不需要周期性地傳輸數(shù)據(jù)，繼而達到了減少傳感器耗能的目的；（5）簇頭的選舉將進行定時周期性輪換，各節(jié)點機會均等，這樣就能夠保證無線傳感器網(wǎng)絡(luò)獲取統(tǒng)一的能量分布。 算法流程圖本文設(shè)置的惡意節(jié)點是利用增大發(fā)射功率吸引周圍普通節(jié)點加入該簇，并且會把普通節(jié)點發(fā)給它的數(shù)據(jù)包丟棄。NS2可免費使用且對外開放源代碼，因此可以在多種平臺上運行，例如可以在Windows下的Cygwin下運行，它對軟硬件的要求不是很高，不過在模擬復(fù)雜的系統(tǒng)環(huán)境時還需要較大的系統(tǒng)內(nèi)存來支持。所有的鏈路都是以隊列的形式來管理分組的到達、離開和丟棄。圖41 NS2仿真步驟，由于目前最高版本的NS都沒有實現(xiàn)LEACH協(xié)議，因此通過添加MITuAMPS模塊來安裝LEACH協(xié)議。使用getopt $argc $argv 設(shè)置全局變量//創(chuàng)建一個模擬器 set ns_ [new Simulator]//創(chuàng)建鏈路結(jié)構(gòu) set chan [new $opt(chan)]//節(jié)點拓撲結(jié)構(gòu)mit/uAMPS/sims///設(shè)定模擬所用場景大小 $topo load_flatgrid $opt(x) $opt(y)該文件最主要的是創(chuàng)建leach節(jié)點：elseif { [string pare $opt(rp) leach] == 0} { for {set i 0} {$i $opt(nn) } {incr i} { leachcreatemobilenode $i }，： if {$id != $opt(nn_)} { puts nonewline $id //創(chuàng)建普通節(jié)點 set node_($id) [new MobileNode/ResourceAwareNode] } else { //創(chuàng)建基站節(jié)點 puts ($opt(nn_) == BS) set node_($id) [new MobileNode/ResourceAwareNode $BS_NODE]如果不是基站節(jié)點則將$opt(nn_)1個節(jié)點設(shè)置為一般節(jié)點，將$opt(nn_)設(shè)置為BS節(jié)點。過一段時間后又開始重新選擇簇頭，當(dāng)節(jié)點數(shù)目小于簇頭節(jié)點數(shù)目的時候，leach協(xié)議停止運行。 time[0]=0。 time[countcyl]=simtime。 //計數(shù)器，用來記錄當(dāng)前的輪數(shù) 或者當(dāng)前的時段