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1、哈尔滨工程大学 硕士学位论文 无线传感器网络路由协议的仿真研究 姓名：刘春光 申请学位级别：硕士 专业：计算机技术 指导教师：马春光;马晓波 20090301 哈尔滨f i 秤大学石页十学伊论文 丰葡芰 无线传感器网络是一种新兴的网络，无线传感器网络综合了传感器技术、 嵌入式计算机技术、分布式信息处理技术和无线通信技术。它是一种全新的 强大的网络信息获取和处理技术，它可以为许多应用提供支持；同时，由于 它的可移植性，构建无线传感器网络本身也是一项富有挑战性的工作。在无 限传感器网络技术中，路由技术为核心关键技术，在网络设计中担任着很重 要的角色。 本文目的就是针对W S N 的路由协议进行深入
2、的仿真研究。本文分析了 各种类型W S N 路由协议的特性，分析了W S N 网络路由层协议的安全性问题， 找到各种路由协议易受到的攻击种类和一般性的解决办法。 本文利用N S 2 仿真平台，搭建了W S N 网络路由层的仿真环境，使用C + + 和T e l 语言在在N S 2 平台上实现了开发并添加新的路由协议的一般方法。本 文以G E A R 路由协议为例，对其算法和安全性进行了了深入的分析，指出了 该算法的特点和实现原理，分析了其易受到的女巫、D o S 、虚假路由、选择 性转发等攻击方式。并针对G E A R 协议特点提出了基于位置密钥对引导模型 的安全性改进方案。 本文分别对G E
3、 A R 协议的性能、易受攻击方式和安全性改进做了仿真试 验，在N S 2 平台上建立了完整的实验环境。分析了G E A R 协议的性能和受到 攻击时的特性以及对安全改进后的协议进行性能对比分析。 关键词：无线传感器网络；网络仿真；路由协议；安全引导；地理位置路由 哈尔滨丁稗大学硕十学伊论文 A bs t r a c t W i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k ( W S N ) i sa ne m e r g i n gn e t w o r k I tc o m b i n e sw i t h t h es e n s o rt e c h n o
4、 l o g y , e m b e d d e dc o m p u t i n g ，d i s t r i b u t e di n f o r m a t i o np r o c e s s i n g a n dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y I th a sb e e nak i n do fw h o l en e wa n d p o w e r f u lt e c h n o l o g yo ft h ei n f o r m a t i o no b t a i n i n ga
5、n dp r o c e s s i n g ，i tC a np r o v i d e s u p p o r tf o rm a n ya p p l i c a t i o n s F o ri t st r a n s p o r t a b i l i t y , t ob u i l ds u c han e t w o r ks e l f j u s ti s ac h a l l e n g i n gt a s k T h er o u t i n gt e c h n o l o g yi sa c o r et e c h n o l o g yo ft h e W
6、S Na n di tt a k e sv e r yi m p o r t a n tr o l ei nt h en e t w o r kd e s i g n T h ep u r p o s eo ft h i st h e s i si st ot a k ea ni n t e n s i v es i m u l a t i o nr e s e a r c ha b o u t t h eW S N Sr o u t i n gp r o t o c o l s T h i st h e s i sa n a l y z e da l lk i n d so ft h eW
7、S N S r o u t i n g p r o t o c o l sa n dt h e i rs e c u r i t yp r o b l e m s W ef o u n dm a n yk i n d so ft h ea t t a c k i n g m e t h o d st ot h er o u t i n gp r o t o c o la n dw ea l s og o tt h ew a y t os o l v et h e m T h i st h e s i su s e st h eN S 2p l a t f o r mt ob u i l dt
8、h es i m u l a t i o ne n v i r o n m e n to ft h e W S N r o u t i n gl a y e rW eu s eC + + a n dT e ll a n g u a g et oi m p l e m e n tt h en e wr o u t i n g p r o t o c o l so nW S N A Sa ne x a m p l e ，w et a k et h eG E A R p r o t o c o lt ob eo u rw o r k i n g p r o t o c o l ；w ea n a l
9、 y z e di t sa l g o r i t h ma n ds e c u r i t yi nd e p t h W ea l s of o u n dt h e c h a r a c t e r i s t i cm a n n e ra n dt h ep r i n c i p l eo ft h ea l g o r i t h m T h i st h e s i sp o i n t e do u t t h a tt h eG E A R p r o t o c o lc o u l db ea t t a c k e db yS y b i l ，D o S ，b
10、 o g u sr o u t i n ga n d s e l e c t i v ef o r w a r d i n g W ei m p r o v e dt h es t a n d a r dG E A Rb a s e do nt h el o c a t i o np a i r w i s ek e y sb o o t s t r a ps c h e m e F i n a l l y , t h i st h e s i sg i v e ss e v e r a le x p e r i m e n t sa b o u tt h ep e r f o r m a n
11、 c e ，t h e a t t a c k i n gm e t h o d sa n dt h es e c u r i t yo fG E A R I tg i v e st h ep e r f o r m a n c ea n d s e c u r i t ya n a l y s e st o o K e yw o r d s ：W S N ；N e t w o r ks i m u l a t i o n ；r o u t i n gp r o t o c o l ；s e c u r eb o o t s t r a p ； G E A R 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声
12、明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由 作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用己在 文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体己经公开发表的作品成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 ， 作者( 签字) ：葫谤滋己 日期：仍7 年矿月哆日 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨 工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件
13、。 本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据 库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合 学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈 尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文( 口在授予学位后即可口在授予学位1 2 个月后 口 解密后) 由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。 作者( 签字) ： 训斋杉导师( 签字) 驸 日期：砷年月丁日铆1 年6 月侈日 哈尔滨- 稃大学硕十学位论文 第1 章绪论 1 1 课题研究背景及意义 1 1 1 课题背景 无线传感器网络( W
14、i r e l e s sS e n s o r N e t w o r kW S N ) 是微电子技术、A dH o c 无线网络、分布式计算等信息技术发展和融合的产物。它利用低成本、低能 耗、可计算的无线传感器网络节点收集、处理用户感兴趣的监测对象的数据， 并在此基础上形成满足用户需求的高层应用。由于在军事、环境监测、医疗、 农业、采矿等领域有广阔的应用前景，引起了世界各国学术界和工业界的广 泛重视，并成为近年来信息科学的一个研究热点。 尽管目前对无线传感器网络的研究已有很多，但对它还没有一个公认的 标准定义。有的研究人员认为它是一组通过无线网络连接起来的用于监测某 种现象的传感器。有的将
15、它定义为具有计算、通讯和协同能力的传感器节点 的集合。有的将它定义成通过无线网络技术组织起来的一组传感器节点，这 组传感器节点能够相互协同完成某一具体任务。有的认为它是由一组以A d H o c 方式组织起来的包括传感器的特殊无线网络。有的则从服务角度对它进 行了讨论。这些观点或定义主要是从网络基础设施和传感器连接方式的角度 对无线传感器网络的含义进行了阐述。但随着研究的进展和应用领域的拓展， 人们越来越认识到仅从上述角度定义无线传感器网络是不够的。无线传感器 网络除了包括通讯基础设施和传感器之外，还包括构筑在两者之上的面向领 域的应用，它是一个包括传感器、无线通讯基础设施和相关应用的自组织协
16、 同系统。目前的研究主要集中在通信协议、W S N 网络设计、数据传递模型等 领域。因为无线传感器网络早期研究主要集中在以无线网为基础的网络协议 上，这些研究对与基础设施相关的网络协议及其中的问题介绍的较多，对该 领域的其它研究( 如：无线传感器网络操作系统、中间件及仿真工具等) 分 析较少。 哈尔滨r ：程夕：学硕十学伊论文 无线传感器网络通常应用在人们无法抵达或比较恶劣的地理州：境中，任 务是通过大量传感节点的相互协作，提供监测目标的详细监测数据。传感节 点所用电池无法补充或更换，障碍物等干扰的存在以及要求产品低成本等因 素，导致传感器网络的能量资源、计算能力、存储能力和带宽非常有限。而 监测数据通常随机分布在整个网络覆盖范围内，收集和处理数据带来大量节 点间的通信需要消耗大量能量。因此如何利用极其有限的能量资源和有限的 存储空间，对监测范围内的分布式数据进行收集和处理已经成为无线传感器 网络研究的热点和难点之一，而建立从源节点到目标节点的路由算法则是实 现上述目标的基础。具有可扩展性、健壮
