基于无线传感器网络的安全技术研究

• 作 者: 王艺琳
• 机 构: 太原理工大学
• 出 处: 太原理工大学
• 发表日期: 2011年01期
• 关键词: 无线传感网络 路由协议 LEACH协议 LEACH-EP协议 密匙管理 IBE算法

随着电子技术、计算机技术及通信技术等多学科交叉的发展,无线传感器网络成为一种全新的信息获取平台。由于其成本的下降以及微处理器体积越来越小,因此为数不少的无线传感器网络开始投入使用,逐步地潜在于军事、航空、工业、商业等领域。无线传感器网络是由大量微型传感器节点组成的一个自组织的网络系统,路由协议是无线传感器网络层的核心技术之一。传统LEACH协议是无线传感器网络中具有负载均衡特点的一种协议,本文从网络结构、特点对LEACH协议进行了阐述与分析。然而典型的分簇式路由协议LEACH,虽然很好地解决了传感器网络中路由协议的能耗性问题,但是它仍然存在着成簇算法没考虑节点的具体地理位置、在数据传输中容易消耗能量、分簇不均匀等问题。本文提出了改进后的LEACH-EP协议,该协议将单簇头改成多簇头,采用备用簇头机制解决频繁成簇问题,这样不仅能够延长簇的每轮工作时间,而且减少重新建簇的频率和信息的丢失率。因此改进了LEACH协议簇头选举算法的不足之处,从而有效地改善了簇头选举算法的能耗性,达到均衡全网的能量消耗和节约能量,由此延长了网络生存时间的目的。实验结果表明,LEACH-EP协议相比于传统LEACH协议有效地节省了节点能量,LEACH—EP协议将网络的生存时间延长了46%。无线传感网络与传统无线通讯网络Ad Hoc网络相比,具有更严格的安全性能要求。在无线传感器网络的安全问题中,密钥管理是其中最重要、最基础的部分,也是首要解决的问题,是保证节点之间安全传输数据的关键。密钥管理包括密钥的分配及节点通信密钥的协商过程。本文就是针对无线传感器网络的密钥管理进行了介绍和研究。它由于无线传感器网络的自身特点,传统的密匙管理方案在WSN中很难得到应用,本文通过对现有的密匙管理方案的总结和分析,提出了新的密匙管理方案。本文介绍了基于椭圆曲线的IBE算法在WSN密钥管理中的应用,用IBE算法实现节点非对称加密的密钥管理方案,并且从计算负载、通信负载、网络对于节点被俘获的抵抗性、网络的扩展性等方面分析了它们的性能。结果表明,在密钥建立阶段采用基于椭圆曲线的非对称密钥系统,为每个节点产生互异的通信密钥,达到降低计算成本、提高网络安全连通性的目的,同时也防止了信息的篡改和节点伪造攻击。