环境监测传感器网络恶意节点定位及滤除研究

作     者：王超阳 

作者单位：河北地质大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李明亮

授予年度：2020年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：环境监测 恶意节点 节点滤除 Leach协议 能量信任 

摘      要：环境监测应用中,WSN节点资源有限且常年部署户外难以维护,故节点易受损或被恶意攻击,继而影响整个网络安全。由于环境监测涉及经济利益,故及时滤除恶意节点保障WSN数据安全十分必要。然而目前WSN中恶意节点监测与定位对硬件要求较高,这既增加部署成本也不利于设备在恶劣环境中的维护。本文针对环境监测传感器网络存在恶意攻击的隐患,开展对恶意节点定位及滤除研究,工作内容如下:（1）针对DV-HOP定位算法易受攻击的问题,提出了对该算法中各阶段的改进方法,即提高该算法定位精度的同时加强节点间传输数据包信息的一致性分析。在定位阶段,对估算未知节点最小跳数、估算未知节点与信标节点间距离、定位未知节点三步骤进行了改进,提高系统定位精度。在通信阶段,通过数据包信息的一致性分析实现恶意节点的有效区分。为提高WSN系统的通信效率与恶意节点定位精度,转而引入改进Leach协议下的恶意节点检测方法。（2）针对传统Leach协议能耗分布不均、数据传输效率低等问题,提出了增强型Leach协议,即综合考虑数据传输路径、节点连接数量、节点能耗等因素后进一步确定系统中各集群的簇头,以降低多个节点感知相同区域的概率,在消除冗余数据的同时也利于提高系统的生存期限。此外,通过评估节点接收信号强度、剩余能量以及节点连接数这三方面因素对节点权重等级进行排序,以平衡系统能量负荷分配,提高数据传输效率。（3）针对WSN系统遭受的典型攻击方式,在改进Leach协议下,提出了基于能量信任的恶意节点检测方案,即通过集群成员间直接信任与间接信任的方式更新节点能量信任因子,实时观测系统中节点耗能情况,及时隔离异常节点。由实验结果得,基于能量信任的恶意节点检测方案能在较低误差条件下及时准确地定位隔离恶意节点,平衡系统能量消耗,完善了WSN系统应对恶意攻击的安全机制。