碩士學位論文開題報告

碩士學位論文開題報告

　　開題報告是學位論文的一個總體規(guī)劃和設(shè)計，是研究生學位論文工作的重要環(huán)節(jié)，以下是小編搜集整理的碩士學位論文開題報告，供大家閱讀參考。

　　課題名稱：基于信任管理的WSN安全數(shù)據(jù)融合算法的研究

　　一、立論依據(jù)

　　課題來源、選題依據(jù)和背景情況、課題研究目的、理論意義和實際應用價值

　　1、課題來源

　　國家自然科學基金資助項目（60873199）。

　　2、選題依據(jù)

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有硬件資源（存儲能力、計算能力等）有限，電源容量有限，拓撲結(jié)構(gòu)動態(tài)變化，節(jié)點眾多難于全面管理等特點，這些特點給理論研究人員和工程技術(shù)人員提出了大量具有挑戰(zhàn)性的研究課題，安全數(shù)據(jù)融合即為其一。雖然目前的研究已經(jīng)取得了一些成果，但仍然不能滿足應用的需求。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)，如何保證其數(shù)據(jù)融合的安全性還是一個有待解決的問題�；�于此，提出了本課題的研究。

　　3、背景情況

　　微電子技術(shù)、計算技術(shù)和無線通信等技術(shù)的進步，推動了低功耗多功能傳感器的快速發(fā)展，使其在微小體積內(nèi)能夠集成信息采集、數(shù)據(jù)處理和無線通信等多種功能。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)送給數(shù)據(jù)處理中心或基站。傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛的應用于軍事、環(huán)境監(jiān)測和預報、健康護理、智能家居、建筑物狀態(tài)監(jiān)控、復雜機械監(jiān)控、城市交通，以及機場、大型工業(yè)園區(qū)的安全監(jiān)測等領(lǐng)域。

　　傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量傳感器節(jié)點組成，收集的信息量大，存在冗余數(shù)據(jù)。傳感器節(jié)點的計算能力、存儲能力、通信能量以及攜帶的能量都十分有限，數(shù)據(jù)融合就是針對冗余數(shù)據(jù)進行網(wǎng)內(nèi)處理，減少數(shù)據(jù)傳輸量，是減少能耗地重要技術(shù)之一。傳感器網(wǎng)絡(luò)中，將路由技術(shù)與數(shù)據(jù)融合技術(shù)結(jié)合是一個重要的問題。數(shù)據(jù)融合可以減少數(shù)據(jù)量，減輕數(shù)據(jù)匯聚過程中的網(wǎng)絡(luò)擁塞，協(xié)助路由協(xié)議延長網(wǎng)絡(luò)的生存時間。因而可以數(shù)據(jù)為中心的路由技術(shù)中應用數(shù)據(jù)融合技術(shù)。在戰(zhàn)場等非可信環(huán)境或?qū)�可靠性要求非常高的環(huán)境中，數(shù)據(jù)融合也帶來了風險。例如，敵人可以俘獲節(jié)點獲取節(jié)點中的所有信息，從而完全控制節(jié)點的行為，偽造和篡改數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的安全技術(shù)需要大量的存儲空間和計算量，不適合能量、計算能力、存儲空間都十分有限的傳感器網(wǎng)絡(luò)。因此必須設(shè)計適合傳感器網(wǎng)絡(luò)具有較強安全性的數(shù)據(jù)融合技術(shù)。

　　4、課題研究目的

　　通過對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)據(jù)融合技術(shù)的研究，消除傳感器中存在的大量冗余數(shù)據(jù)，有效節(jié)省傳感器節(jié)點能量消耗，延遲節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)的工作壽命，在有節(jié)點被捕獲成為惡意節(jié)點情況下，及時檢測惡意節(jié)點，消除惡意節(jié)點發(fā)送的惡意數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)融合的不良影響，保障了傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合過程的可靠性，維護傳感器網(wǎng)絡(luò)的正常工作。

　　5、理論意義

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的研究涵蓋了非常多的研究領(lǐng)域，安全數(shù)據(jù)融合技術(shù)是其中一個重要研究課題。本文把信任管理機制加入到傳感器網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)據(jù)融合過程中，研究設(shè)計一種傳感器節(jié)點信任值的計算方法，有效識別節(jié)點狀態(tài)，實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)融合。

　　6、實際應用價值

　　對于工作在敵方環(huán)境中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，傳感器節(jié)點容易被地方捕獲成為惡意節(jié)點，節(jié)點內(nèi)存儲的密鑰等加密暴露，導致傳統(tǒng)的基于加密和認證的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全措施失效，在這種情況下，本研究可以可以及時識別惡意節(jié)點，保證傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合的可靠性，有效減少網(wǎng)絡(luò)負載，延長網(wǎng)絡(luò)工作壽命。

　　二、文獻綜述

　　國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài)；所閱文獻的查閱范圍及手段

　　1、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài)

　　傳感器網(wǎng)絡(luò)與眾不同的特點導致傳感器網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有極大不同。傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全數(shù)據(jù)匯聚是要解決加密傳輸和數(shù)據(jù)匯聚的協(xié)調(diào)問題，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全處理和傳輸。傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)的安全技術(shù)并不適用于傳感器網(wǎng)絡(luò)，這吸引了眾多研究人員研究適合傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全技術(shù)，并且提出了許多適合傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全技術(shù)。安全數(shù)據(jù)融合算法是WSN安全性研究的重要方面，一直以來受到研究人員的重視，并取得了一定的研究成果。目前已有的研究成果如下：

　�。�1）Perrig A等人提出了一種有效的WSN數(shù)據(jù)加密方法和廣播認證方法，為WSN安全性研究作出了基礎(chǔ)性工作。

　　（2）CAM H等人提出了一種基于模式碼的能量有效安全數(shù)據(jù)融合算法，算法用簇頭節(jié)點通過自定義的模式碼的選取來組織傳感器節(jié)的發(fā)送冗余數(shù)據(jù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合，并且使用同態(tài)加密體重保證了數(shù)據(jù)在傳輸過程中的機密性。改方法對于每類數(shù)據(jù)類型需要保存和維護一個查找表，一旦查找表信息暴露，該安全方案將會失效。

　�。�3）Przydatek B等人提出的基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計規(guī)律的數(shù)據(jù)融合算法，算法使用高效的抽樣和迭代的證明來保證有多個惡意節(jié)點發(fā)送錯誤數(shù)據(jù)的情況下，保證基站能夠判定查詢結(jié)果的準確性。但是該方法對于每種聚集函數(shù)都需要一個復雜的算法，為證明數(shù)據(jù)準確性，聚集節(jié)點需向基站發(fā)送大量參數(shù)，能量消耗太大。

　�。�4）Mahimkar A等人研究在WSN中使用橢圓曲線密碼實現(xiàn)數(shù)據(jù)加密和安全數(shù)據(jù)融合。但是在傳感器節(jié)的十分有限的情況下，使用公鑰密碼體系使節(jié)點能量消耗更加迅速，縮短網(wǎng)絡(luò)的壽命。

　　WSN的信任管理是在WSN管理的基礎(chǔ)上提出的，主要研究對節(jié)點進行信任值評估，借助信任值增強WSN的安全性。傳統(tǒng)的基于密碼體系的安全機制，主要用來抵抗外部攻擊。假如節(jié)點被捕獲，節(jié)點存儲的密鑰信息將泄漏，使密碼體系失效。WSN信任管理作為密碼體系的補充可以有效的抵抗這種內(nèi)部攻擊。將信任管理同WSN的安全構(gòu)架相結(jié)合，可以全面提高WSN各項基礎(chǔ)支撐技術(shù)的安全性和可靠性。

　　近年來，WSN信任管理受到了越來越多的關(guān)注，取得了一定的研究成果。

　�。�1）Ganeriwal等人提出的RFSN是一個較為完整的WSN信任管理系統(tǒng)，該模型使用直接信息和堅決信息來更新節(jié)點的.信譽，節(jié)點根據(jù)得到的信譽信息來選擇是否和其他節(jié)點合作�？梢越�立僅由可信節(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

　�。�2）Garth等人中將信任管理用于簇頭選舉，采取冗余策略和挑戰(zhàn)應答手段，盡可能的保證選舉出的簇頭節(jié)點為可信節(jié)點。

　　（3）Krasniewski提出了TIBFIT算法將信任用于WSN容錯系統(tǒng)，把信任度作為一個參數(shù)融入到數(shù)據(jù)融合的過程中，提高對感知事件判斷的準確率，其提出的信任度計算方法比較的簡單。

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要采取一定的措施來保證網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩�性。就目前的研究來看，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)據(jù)融合技術(shù)和信任管理機制都取得了一些研究成果，但是如何使用信任管理機制保證安全的數(shù)據(jù)融合的研究并不多見，許多問題還有待于進一步深入研究。

　　2、所閱文獻的查閱范圍及手段

　　充分利用校內(nèi)圖書館資源、網(wǎng)絡(luò)資源以及一些位于科技前沿的期刊學報。從對文獻的學習中掌握足夠的理論依據(jù)，獲得啟發(fā)以用于研究。

　　三、研究內(nèi)容

　　1、研究構(gòu)想與思路

　　在本項目前期工作基礎(chǔ)上建立WSN三級簇結(jié)構(gòu)模型，節(jié)點分為普通節(jié)點，數(shù)據(jù)融合節(jié)點（免疫節(jié)點），簇頭節(jié)點。在常規(guī)加密算法的基礎(chǔ)上完成節(jié)點身份認證，通過消息認證碼或數(shù)字水印技術(shù)保證傳感器節(jié)點傳送數(shù)據(jù)的真實性。上級節(jié)點保存下級節(jié)點的信任值，信任度的計算建立在傳送數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析之上。節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)后先初始化為一定的信任值，每輪數(shù)據(jù)發(fā)送時，接收節(jié)點收集數(shù)據(jù)后，量化數(shù)據(jù)的分布規(guī)律，主要包括單個節(jié)點歷史數(shù)據(jù)分布規(guī)律和節(jié)點間數(shù)據(jù)差異的分析，確定數(shù)據(jù)分布模型（如正態(tài)分布、beta分布等），建立計算模型以確定節(jié)點間的信任值。信任值確定后，數(shù)據(jù)融合節(jié)點將普通節(jié)點按照不同的信任度進行分類，選取可信節(jié)點傳送的數(shù)據(jù)按查詢命令進行數(shù)據(jù)融合，將結(jié)果傳送到簇頭。簇頭同樣計算融合節(jié)點的信任度，保證數(shù)據(jù)融合節(jié)點的可靠性，計算最終數(shù)據(jù)查詢結(jié)果，使用Josang信任模型給出結(jié)果的評價。各數(shù)據(jù)融合節(jié)點之間保持通信，通過對比數(shù)據(jù)的一致性確保簇頭節(jié)點的可靠。

　　2、主要研究內(nèi)容

　�。�1）設(shè)計有效的節(jié)點信任值計算方法，網(wǎng)絡(luò)工作一段時間后，所有正常節(jié)點具有較高信任度，異常節(jié)點具有較低信任度，可初步判定為惡意節(jié)點。

　�。�2）當融合節(jié)點或簇頭節(jié)點發(fā)生異常時能及時發(fā)現(xiàn)異常，并上報基站。

　�。�3）過濾異常數(shù)據(jù)和惡意數(shù)據(jù)，盡量減少因節(jié)點被捕獲而對感知數(shù)據(jù)結(jié)果造成的影響。

　�。�4）計算最終數(shù)據(jù)融合結(jié)果并且對最終數(shù)據(jù)融合結(jié)果做出評價來反映該結(jié)果的的可靠程度，供基站參考。

　�。�5）進行算法的能量分析。

　　3、擬解決的關(guān)鍵技術(shù)

　�。�1）建立WSN一個簇內(nèi)數(shù)據(jù)傳送的三層簇結(jié)構(gòu)模型，節(jié)點密集部署。

　�。�2）模擬工作過程中節(jié)點被捕獲成為惡意節(jié)點，惡意節(jié)點可能發(fā)送和真實數(shù)據(jù)差別較大的數(shù)據(jù)，也能發(fā)送和真實數(shù)據(jù)差別不大但會影響融合結(jié)果的數(shù)據(jù)。

　　（3）計算并更新傳感器節(jié)點的信任值，分析信任值的有效性。

　�。�4）記錄各節(jié)點傳送數(shù)據(jù)值，并與實際值進行比較，分析融合數(shù)據(jù)的準確性。測試當有較多節(jié)點被捕獲時算法的工作效果。

　　4、擬采取的研究方法

　　查閱國內(nèi)外大量有關(guān)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合技術(shù)和信任管理技術(shù)方面的文獻，分析當前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀與未來。借鑒在該領(lǐng)域已經(jīng)取得的研究成果和經(jīng)驗，系統(tǒng)而深入的研究在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合中使用信任管理機制的主要問題。通過對已有的安全數(shù)據(jù)融合技術(shù)進行總結(jié)和分析，結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身的特點，設(shè)計出一種基于信任管理的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)據(jù)融合算法。

　　5、技術(shù)路線

　　本課題嘗試使用信任管理機制來保障在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)安全的數(shù)據(jù)融合，在現(xiàn)有的對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)據(jù)融合技術(shù)的研究基礎(chǔ)上，與信任管理技術(shù)相結(jié)合，期望能夠?qū)�傳感器網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)據(jù)融合提出有效的解決方案。針對課題中的技術(shù)難點，通過查閱資料、向?qū)�師請教以及與項目組同學討論的形式來解決。

　　6、實施方案

　　（1）在Windows平臺下使用omnet++4.0進行仿真實驗。

　　（2）建立無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一個簇內(nèi)數(shù)據(jù)傳送的三層結(jié)構(gòu)模型，節(jié)點密集部署。

　�。�3）模擬無線傳感器網(wǎng)絡(luò)受到攻擊時時的數(shù)據(jù)發(fā)送，根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計規(guī)律計算和更新節(jié)點信任值。

　　（4）把節(jié)點按信任值分類，檢測識別惡意節(jié)點。

　�。�5）根據(jù)節(jié)點信任值選擇有效數(shù)據(jù)完成數(shù)據(jù)融合。

　　7、可行性分析

　　（1）理論知識積累：通過廣泛閱讀無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合技術(shù)方面的文獻形成了一定量的理論知識儲備，為課題的研究奠定基礎(chǔ)。

　�。�2）技術(shù)積累：熟悉OMNeT++網(wǎng)絡(luò)仿真軟件，具有一定的C++編程能力。

　�。�3）技術(shù)合作：研究過程中遇到難以解決的問題時，可以向指導老師請教解決問題的基本思路。對項目相關(guān)課題有疑問時，可以向項目組同學請教。對實驗平臺的建立及使用有疑問時，可以和項目組同學共同討論解決。

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