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由于无线传感器网络通常是处于恶劣环境和完全暴露在敌方视野下,且传感器节点使用电池或其它易耗尽的电源作为其供电设备,因此如何快速准确检测出以能耗攻击为主的恶意节点,确保网络更长时间的可用性是研究无线传感器网络的一个重点。
本论文为解决无线传感网的安全性和能量均衡节能性,结合无线传感网特点提出基于能量场的传感网恶意节点检测方案,以增强网络防恶意攻击性和能量消耗均衡性,从而延长网络生命周期;并针对传感网特点改进了检测报警方案,达到降低簇头误报警率;最后并对以上方案进行了仿真和系统测试验证。论文主要完成工作:
(1)介绍了无线传感网所遭遇的主要安全威胁,无线传感器网络体系结构、网络特点和拓扑控制等一些重要概念,简要描述了常用网络异常检测技术的原理和应用。
(2)提出了一种基于能量场的路由协议,将物理学中“场”的概念引入到无线传感网中,以驱动数据分组朝着优化路径传输,达到均衡簇头能量消耗、延长网络生命周期的目的。
(3)设计了一种主要针对能耗攻击的节点能量检测方案,通过合理的阈值选取,能够较准确地检测出恶意节点,提高网络的抗攻击性。考虑到无线传感网中数据分组流向的向心性和节点的能量有限性,首先在层次式无线传感器网络上建立一种基于能量势能场的路由协议起到延长网络生命周期的作用;其次在建立的能量势能场路由协议下运用ARMA预测模型对节点能量进行预测并检测出恶意节点,避免被攻击节点过早耗尽自身能量导致网络生命周期终结。
(4)在适合于传感网应用的背景下,改进了检测报警方案,达到降低簇头误报警率。并采用基于异常节点孤立表格的检测机制,减少检测时整个系统开销,增强系统鲁棒性。
(5)仿真测试并搭建系统测试平台,验证方案的可行性。仿真结果表明,此方案提高了对恶意节点的检测准确度并在节点间能量消耗均衡性方面提高60%左右,在增强网络安全性的同时也延长了网络生命周期。通过搭建系统测试平台,对恶意节点检测机制进行了相应的测试及验证和简要的性能分析,测试结果表明,本方案能够较准确检测出恶意节点,提高了网络安全性,从而保证网络长时间正常工作的需求。