【正文】 ， 利用收發(fā)能力強、傳播距離遠的特點，與基站 形成 單跳 路徑 通信，使得該 節(jié)點的鄰居節(jié)點誤以為其為匯聚節(jié)點，并且向該節(jié)點發(fā)送大量的數據包， 攻擊節(jié)點便可以吸收附近較大范圍內的數據流，從 而在該區(qū)域形成了數據黑洞。 違反機密性攻擊 攻擊者 在全網內通過散布多個傳感器節(jié)點來 收集信息，與此同時監(jiān)視網絡 中 的多個站點，這樣攻擊者就能夠 輕易的 解讀 出 通信的內容或 根據零散的消息 分析出 參與機密通信的 信息。這些 對無線傳感器網絡的安全 機制 來說 無疑是 巨大的 挑戰(zhàn)。 無線傳感器網絡面臨的威脅 無線傳感器網絡沒有中心管 理節(jié)點，網絡部署完成前 其拓撲結構未知 ，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 。 （ 9）安全定位（ secure localization） 只有獲得 了 準確的位置信息，才能防范外部 偽造或篡改定位信息。 （ 7）自治性（ selfanization）新節(jié)點 加入 網絡 將自動融為 一部分，舊節(jié)點 退出也將自動 消失 在網絡中 。 （ 6）認證問題（ authentication）包括點到點、 組播 、 廣播認證。 （ 4）數據新鮮性（ freshness）確保每個消息 都來自最新的數據，這樣才能阻斷攻擊者中轉過時 的數據。 （ 2）完整性（ integrity） 傳輸 消息 過程中 ，信息 從產生到應用 不能被篡改 ，即未 被修 改、添加等， 且 接收者 應能 辨別接收 到的 消息是否 發(fā)生 改變。計算機信息工程學院畢業(yè)論文 7 第 2 章 無線傳感器網絡 安全問題 無線傳感器網絡安全需求 無線 傳感器網絡 中不管是 數據采集， 還是 數據 的路由與 融合， 甚至 數據 的處理和應用都需要安全保障 。 第四 章：借助 NS2 仿真平臺 對 LEACH 算法與改進后的算法進行 對比 實驗分析。 并 在 對 無線傳感器網絡 中幾類 經典路由協議進行簡要 介紹的同時也 對它們的 性能進行 分析 比較。 概 述 無線傳感器網絡的概念及體系結構，繼而 對無線傳感器網絡的特點與應用進行 簡單介紹 。 空間探索 科研工作者可以借助航天器撒布傳感器節(jié)點來監(jiān)測外星球的運行，以及探測是否有適合人類生存的環(huán)境特征，從而實現人類在外星球居住的夢想。 智能家居 在家電或家具中嵌入傳感器節(jié)點，讓其與網絡連接，設定屋內的溫度、濕度、光線強弱 等無線傳感器節(jié)點 ， 從而對空調、門窗以及其他家電進行自動控制， 帶給人們便捷和更具人性化的家居環(huán)境 。 還可以通過 長期 收集 植入人體節(jié)點的 數據，用于研制新的藥品 。 2.、 醫(yī)療健康 為了使醫(yī)生能夠及時處理被監(jiān)護病人的病情，可以在病人身上安置用于傳輸心跳和計算機信息工程學院畢業(yè)論文 6 血壓等數據的傳感器節(jié)點。 軍事應用 無線傳感器網絡依靠 低功耗、小體積、高抗毀、高隱蔽性、自組織能力強等特點 在軍事偵察 中 執(zhí)行 偵察、定位、命 令、控制、通信、計算、智能與監(jiān)視等任務 。 由于節(jié)點分布 范圍廣，位置不可預知，采 集到的信息量 不均衡， 數據涌向 處理 中心 后一并集中， 越 接近處理中心 結點 就越繁忙 ， 這 就使得 數據流量 不均衡。在 不同 用途的應用中 ，傳感器網絡的具體設計 也 不經相同， 它 顯著的特征就是能夠 針對某一特定的 應用設計 出 特定的 網絡 。 由于 節(jié)點的身份 在網絡中 是 對 等的，未指定要以哪個為 中心， 所以 傳統 的有線網絡 安全認證機制不能簡單地 加以 復制應用 到此 網絡中。 計算機信息工程學院畢業(yè)論文 5 （ 3） 傳感器節(jié)點眾多 且 分布廣 由于節(jié)點自身 采 集數據和 進行 數據通信的 能力有限，所以 為了能夠在整個區(qū)域內進行 數據采集 工作 ， 在網絡部署時，觀察者會向目標區(qū)域投放大量的傳感器節(jié)點來提高對目標區(qū)域的覆蓋率 ，這樣 也 間接 保證了網絡的容錯性及 可靠 性，使得網絡不會因為部分節(jié)點 出現 死亡 或退出 的 現象 而 使 目標區(qū)域 的 收集 存在 盲點 。 （ 2） 網絡拓撲 結構靈活多變 網絡中各 站點 間彼此 錯綜連接構成拓撲結構 ， 然而 傳感器節(jié)點或許會 因為能量耗盡或 發(fā)生 故障等 原因被丟棄 ，也有可能由于工作需要 添加 新 的 節(jié)點 ， 還 有可能 由于無線通信鏈路帶寬變化或網絡 改 道 需要重新分割并構 ，這 些都要求傳感器網絡具備良好的可重構性 ，以適應網絡拓撲的 變化。 一方面因為傳感器節(jié)點 應用的時候 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 應盡可能 低； 另 一方面 現 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，遠比不上傳統的通信計算機 。 應用層 根據 不同 的需求 ，可以添加不同的應用程序， 例如 能源控制 、 移動性監(jiān)管 、時間同步、 遠程 節(jié)點定位、安全 配置 管理、 QoS， 包括含 監(jiān)測任務的一系列應用軟件。它依靠上層 服務， 通過傳輸層地址 不考慮數據通信的 可靠性 將 傳輸數據的通信端口 提供 給高層用戶 。傳感器網絡的網絡層一般需要考慮 網絡自身拓撲結構和 與其相關的路由算法。 網絡層主要用于 選擇、維護 無線傳感器網絡的路由，確保 從源節(jié)點傳送 到目的節(jié)點的數據信息能夠正確，同時選取的路徑要最優(yōu)化、 能量 最少、最 安全。 數據鏈路層的功能是保證傳感器網絡中點到點或一 點到多點通信鏈路的可靠性，用于解決信道的多路傳輸問題。 物 理 層數 據 鏈 路 層傳 輸 層網 絡 層應 用 層 圖 13 無線傳感器網絡協議棧 計算機信息工程學院畢業(yè)論文 4 物理層 用于 調制 信號 、發(fā)送與接收 信息 、選擇 頻段 以及 加密 數據等，其 設計需要考慮的首要問題是成本和電池的壽命 問題，如何降低吞吐量、增大消息延遲來 延長電池壽命、降低成本， 實現網絡的自組織。 低成本 無線傳感器網絡由大量 傳感器節(jié)點組成，只有低成本才能 實現功能的需求繼而滿足實際的應用 。 易擴展 傳感器節(jié)點 一般 采用統一、整齊 排列的 外部接口 ，如果 需要 在某個應用場合 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 設計。 計算能力和存儲容量有限 雖然 傳感器節(jié)點內 含 CPU 和 RAM，但是 一定程度上 它們的 微 處理能力和存儲空間都 受限，由此看來其計算能力也相當 有限。 計算機信息工程學院畢業(yè)論文 3 傳感器節(jié)點在無線傳感器網絡中扮演著重要的角色 ， 概括總結出 以下特點 [4]： 微型化 無線傳感器網絡的應用中，通常需要傳感器節(jié)點越小越好，為了達 到隱蔽的效果 ，甚至有些應用程序需要節(jié)點 不易 被 肉眼 發(fā)現 。 無線傳感器網絡節(jié)點結構 無線 傳感 器 網 絡 以 網絡節(jié)點 為組成單元 ， 節(jié)點 一般由四個部分組成： 能量供應模塊 、無線電通信模塊 、 處理器模塊和 傳感器模塊 ，其組成結構如圖 12 所示 [8][9]。所以在無線傳感器網絡中，傳感器節(jié)點具有雙重功能。 一個典型的傳感器網絡體系結構 主要 包括 以 下幾 個 部分 ：傳感器節(jié)點、 Sink 節(jié)點、互聯網以及用戶界面等 [7]，如圖 11 所示。無線傳感器網絡既能在獨立的環(huán)境下運行，也能 通過網關連接到現有的網絡基礎設施上，如 Inter，這樣用戶可以直接使用Inter 遠程訪問 無線傳感器網絡采集的信息。它 是 一個無線自組織網絡系統 ， 由大量廉價的微型傳感器節(jié)點 組成 ，其工作 是 將 傳感器網絡覆 蓋區(qū)域中 經過 感知、采集和處理 操作后 的信息 發(fā)送 給觀察者。 路由協議是否 安全 直接影響了 WSNs 的可靠 性 和安全性 ，因此安全路由協議的研究已成為 WSNs 安全研究的重點。 首先， 傳感器 節(jié)點的運算 能力、存儲能力和通信能力有限，一定程度上制約了節(jié)點能夠采用的加解密算法以及認證措施； 其次，由于傳感器節(jié)點沒有人工參與管理與維護，使 得其容易受到各種各樣的物理攻擊；最后，由于 WSNs 采用的是無線通信的方式， 較傳統 的 有線網絡 其給無線網絡帶來了 更加嚴重的安全問題， 使得網絡遭到欺騙、竊聽以及非法 訪問等攻擊 的可能性增大 。但是，由于傳感器節(jié)點通常分布在惡劣 環(huán)境 下或 無人管理區(qū)域 ， 其應用也依賴于分散的傳感器節(jié)點所采集 到的 數據的及時性 與 準 確性，所以在 沒有人 工參與維護 的情況下，確保 WSNs 傳輸過程中 信息 的 安全 性將 顯得尤為重要。計算機信息工程學院畢業(yè)論文 1 第 1 章 緒論 無線傳感器網絡 (wireless Sensor Networks WSNs)通過網絡自組織方式進行通訊，用大量 成本 低、 功 耗 低的 傳感器節(jié)點 部署 網絡系統。例如張濤等人提出了一種基于分簇的安全路由協議 CSRP[4]，該協議是在 LEACH 的基礎上，以增強路由安全性同時兼顧網絡能耗為設計目標，并引入雙向評測機制，能對惡意節(jié)點進行檢測，有效地提高了網絡的安全性能，一定程度上保證了數據的 認證性、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 的異構傳感器網絡安全路由協議，該協議 通過多種安全機制實現節(jié)點認證 、 組密鑰更新 和密鑰協商，不僅降低了能耗 ， 對 節(jié)點的抗入侵能力和自我恢復能力 也有一定作用 ；郭蕓在 LEACH 路由協議的基礎上，通過增加身份認證機制、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 協議的抗攻擊能力。 SNEP 用以實現通信的 點到點 認證、新鮮性、 機密性 和 完整性，而μ TESLA 用以實現點到多點的廣播認證； S． Tanachaiwiwat等人提出了 SLEACH 協議，它是在 SPINS 安全機制的基礎上 加以改進 后 再 應用到 LEACH路由協議中的，網絡中每個節(jié)點使用唯一的共享密鑰與基站聯系， SLEACH 協議通過MAC(消息驗證碼 )提供消息認證， MAC 使用唯一的共享密鑰解密，然后在基站的幫助下，信譽值高的簇頭 會吸引節(jié)點的加入， 但也由于基站 介入 其中 ，而使得網絡的可擴展性變差； Leonardo B 等人提出了 SecLEACH 協議，它使用密鑰預分配方案，在預分配階段 每個節(jié)點 從包含 P 個密鑰的密鑰池中選出 K 個密鑰 (KP)，此協議 主要 的 優(yōu)點是 節(jié)點 認證和安全鏈接 基站 不 參與 其中 ； LEACH（ Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy） 協議是由 MIT 學者 Heizelman 等人專為無線傳感器網絡而設計的低功耗自適應分簇路由協議[3]；閾值敏感的高效傳感器網絡 TEEN 協議（ Threshold Sensitive Energy Efficient Sensor Network）是一個基于簇群的路由協議，為 LEACH 協議的衍生物 ，該協議中定義了硬門限和軟門限兩個概念 [2]。 safety inspection目錄 I 第 1章 緒論 ...................................................................................................................................... 1 課題研究背景及意義 .............................................................................................................. 1 無線傳感器網絡概述 ............................................................................................................. 1 無線傳感器網絡結構 ................................................................................................ 1 無線傳感器網絡節(jié)點結構 ........................................................................................ 2 無線傳感器網絡協議棧 ..........................