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Gray-Hole Attack Minimization in IoMT with 5G Based D2D Networks

Computer Systems Science & Engineering 2022年第9期42卷 1289-1303页

作者： V.Balaji P.Selvaraj Department of Computing Technologies College of Engineering and TechnologyFaculty of Engineering and TechnologySRM Institute of Science and TechnologyKattankulathur603203TamilnaduIndia

Reliable transmission is vital to the success of the next generation ofcommunications technologies and Fifth Generation (5G) networks. Many sensitive applications, such as eHealth and medical services, can benefit from a 5G network. The Internet of Medical Things (IoMT) is a new field that fosters themaintenance of trust among various IoMT Device to Device (D2D) modern technologies. In IoMT the medical devices have to be connected through a wirelessnetwork and constantly needs to be self-configured to provide consistent and effi-cient data transmission. The medical devices need to be connected with sophisticated protocols and architecture to handle the synergy of the monitoring devices.Today, one of the commonly used algorithms in D2D communication is the Optimized Link State Routing protocol (OLSR). The OLSR is considerably good ateffectively utilizing the bandwidth and reserving the paths. One of the majorattack against the OLSR is the Node isolation attack, also known as the Gray holedenial of service attack. The Gray hole attack exploits the vulnerabilities presentwith sharing the topological information of the network. The attackers may usethis topological information to maliciously disconnect the target nodes from theexisting network and stops rendering the communication services to the victimnode. Hence, considering the sensitivity and security concerns of the data usedin e-Health applications, these types of attacks must be detected and disabledproactively. In this work, a novel Node Authentication (NA) with OLSR is proposed. The simulation experiments illustrated that the proposed protocol has anexcellent Packet Delivery Ratio, minimal End-End delay, and minimal Packet losswhen compared to the Ad-hoc On-Demand Distance Victor (AODV) protocol andthe proposed authentication scheme was able to protect the OLSR protocol from anode isolation attack.

关键词： 5G AODV D2D IoMT OLSR security issues

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一种基于计算资源度的星间路由协议

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中国空间科学技术 2023年第3期43卷 134-143页

作者：苏安刘乃金陈清霞向雪霜刘佳钱学森空间技术实验室北京100094 航天东方红卫星有限公司北京100094

随着发射技术的提升和星载任务需求的扩大,低轨互联网星座逐渐成为航天产业的研究热点。在网络层进行算力资源感知有助于构建最短计算时延路径,有效利用边缘或路径上的节点资源进行任务调度。由于传统组网协议没有考虑邻居节点算力资源... 详细信息

随着发射技术的提升和星载任务需求的扩大,低轨互联网星座逐渐成为航天产业的研究热点。在网络层进行算力资源感知有助于构建最短计算时延路径,有效利用边缘或路径上的节点资源进行任务调度。由于传统组网协议没有考虑邻居节点算力资源情况,难以做到资源感知、星间协同组网完成卸载任务。为解决上述问题,提出了将低轨卫星组网建模为移动自组织网络(MANET),并在主动式协议优化链路状态路由协议(OLSR)中引入节点计算资源度来感知周边组网节点、CPU、内存和负载等计算能力情况,并且根据该指标修改OLSR中的多点中继(multi point relay,MPR)选择算法与路由表更新算法。通过仿真验证了在星间协同计算中,文章提出的路由协议在任务计算时延上降低了15%~30%,并通过与地面云计算的比较验证了星间协同计算的优势。

关键词：移动自组织网络 OLSR 算力网络 MPR选择算法计算资源感知

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短波自组网OLSR路由协议研究与实现

短波自组网OLSR路由协议研究与实现

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作者：朱其政重庆邮电大学

学位级别：硕士

短波通信以其通信距离远、技术成熟、成本低等优势使得其被广泛应用于商业、工业、军事等国民经济的各个部门。尤其在军事领域,它一直是军事作战主要的通信方式之一。而移动自组织网络的组网简单灵活、无需架设基础通信设施、自愈性强... 详细信息

短波通信以其通信距离远、技术成熟、成本低等优势使得其被广泛应用于商业、工业、军事等国民经济的各个部门。尤其在军事领域,它一直是军事作战主要的通信方式之一。而移动自组织网络的组网简单灵活、无需架设基础通信设施、自愈性强等优势,使得其和短波通信相结合形成的短波自组网具有重要的应用价值。短波自组网中节点组网需要路由协议的支持,本文以优化链路状态路由(Optimized Link State Routing,OLSR)协议作为基础协议进行研究,对其应用在短波自组网场景中存在的问题提出了解决方案,并根据短波自组网的实际条件和特点,对OLSR协议做一定的改进和设计,并在实际系统中开发实现了该协议以及改进方案,验证了改进方案的先进性。首先,本文介绍了相关课题研究背景以及OLSR路由协议的国内外研究现状,然后介绍了OLSR路由协议的基本原理以及协议实现所需要的技术。其次,针对OLSR协议应用到短波自组网中由于节点间存在非对称链路导致的时延过高的问题,提出了一种低时延的路由发现方案,该方案利用存在非对称链路的两节点的共同邻居检测出该条非对称链路,在路由计算时利用这条非对称链路,降低了通信时延,平衡了网络负载。针对传统多点中继(Multipoint Relay,MPR)选择算法存在冗余且没有考虑通信链路的可靠性问题,提出了一种基于链路可靠性的MPR选择算法(MPR Selection Algorithm Based on Link Reliability,BLR-MPR),综合链路可靠性和连接度作为选择MPR节点的标准,提高了分组传输的可靠性,降低了控制开销。然后,根据短波自组网的实际条件和特点对OLSR路由协议的实现进行了改进与设计,包括包格式设计、数据传输机制设计、控制消息分片重组机制等。在Linux系统中的SDK开发套件中以多线程调度的方式为软件实现架构,将协议划分为多个模块,开发实现了短波自组网OLSR路由协议以及改进方案,并对短波自组网OLSR路由协议的具体实现进行了详细介绍,包括软件系统架构、系统开发所依赖的软硬件平台、消息格式与存储结构设计等。最后用AD9361+Z7020开发板搭建了实际测试拓扑,对所开发的协议软件进行实际功能和性能测试,测试结果符合协议的运行原理,通过对比原协议和改进协议的测试数据,改进方案在平均端到端时延、平均吞吐量以及数据分组传输成功率性能上相比原协议都有相应的提升,验证了改进协议的可行性。最后,对本文的研究工作进行了总结,并对未来进一步的研究工作进行了展望。

关键词：短波自组网路由协议 OLSR 非对称链路 Linux

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飞行自组网OLSR路由协议的优化研究

飞行自组网OLSR路由协议的优化研究

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作者：杨光哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着新技术发展,无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)以越来越高的性价比走进人们的视线,在军事领域和民用领域都有很广泛的应用包括但不限于森林灾害预防、军事勘察、巡逻跟踪等场景。相较于单架无人机而言,由多架无人机组成的飞行自... 详细信息

随着新技术发展,无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)以越来越高的性价比走进人们的视线,在军事领域和民用领域都有很广泛的应用包括但不限于森林灾害预防、军事勘察、巡逻跟踪等场景。相较于单架无人机而言,由多架无人机组成的飞行自组网(Flying Ad Hoc Network,FANET)不依赖于地面基站,灵活性更好、覆盖面积更广、信息搜集能力更强、执行任务的效率更高。无人机之间的通信以及数据的传输离不开路由协议的支持,需要设计适用于飞行自组网的路由协议,但由于飞行自组网中无人机节点的飞行速度较快,链路变化频繁,目前的传统移动自组网中的路由协议应用于其中会产生一些弊端。故本文根据飞行自组网的应用场景和特性,针对应用于飞行自组网可能出现弊端的优化链路状态路由(Optimized Link State Routing,OLSR)协议进行了相应改进,以提高网络的性能。本文取得如下创新性研究成果:(1)针对OLSR协议在飞行自组网中出现链路断裂而导致时延上升及丢包严重的问题,本文提出了一种基于链路感知和链路持久性的路由选择策略,应用该策略的改进协议被称为LK-OLSR(Link awareness and Keeping time based OLSR)协议。该协议对标准OLSR协议中的多点广播中继机制(Multi Point Relay,MPR)以及路由选择算法进行改进,对链路传输期望、链路保持时间及节点可达度进行加权处理,得到综合评判准则作为MPR节点的选择标准,并在依据跳数最少且链路生存时间最长的路由进行数据传输。仿真结果表明,LK-OLSR协议的分组投递率和平均端到端时延性能相较于标准OLSR协议有效提升。(2)针对OLSR协议固定的控制消息时间应用于飞行自组网中导致路由更新不及时和控制消息冗余,以及优化路由选择策略带来额外开销等问题,本文提出了一种基于拓扑变化的控制消息自适应算法,应用该算法以及路由选择策略的二次改进协议被称为TC-OLSR(Topology Changing Based OLSR)协议。该协议对HELLO分组的发送间隔依据OLSR协议中链路信息表中链路的变化情况自适应调整,对MPR Selector集中节点信息的变化情况进行监听以预测TC分组的发送时间间隔,根据TC分组的自适应发送间隔优化TTL值以达到对TC分组在时间和空间上的优化。仿真结果表明,TC-OLSR协议可以有效地降低飞行自组网中的路由控制开销,并且能提高吞吐量。

关键词：飞行自组网 OLSR MPR 路由选择策略控制消息优化

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QL-OLSR:一种基于Q-Learning思想优化的移动自组织网络路由协议

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北京交通大学学报 2020年第2期44卷 66-73页

作者：熊轲金鑫刘强北京交通大学计算机与信息技术学院北京100044

现有的OLSR中能够完成对全网路由信息的交互,但是随着节点的移动速度增加,网络拓扑也在快速动态变化,从而导致了路由信息更新慢,网络性能下降,端到端时延大、包丢失率增加和节点吞吐量小等问题.针对上述问题,提出了一种基于Q-Learning... 详细信息

现有的OLSR中能够完成对全网路由信息的交互,但是随着节点的移动速度增加,网络拓扑也在快速动态变化,从而导致了路由信息更新慢,网络性能下降,端到端时延大、包丢失率增加和节点吞吐量小等问题.针对上述问题,提出了一种基于Q-Learning思想的移动自组网OLSR路由策略,该路由策略从节点移动性、链路速率和节点跳数三方面进行考虑.与传统方法相比,QLearning能够在线学习,适应MANET高度动态变化的拓扑结构,检测不同时间点的节点移动程度,使每个节点能相应的更新路由度量,从而提高路由协议的稳定性,提供可靠的路由路径.实验结果表明,改进的方法具有更低的端到端延迟、更小的包丢失率以及更高的吞吐量.

关键词： Q-Learning思想 OLSR 路由策略节点移动性路由路径

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A New Solution Based on Optimal Link-State Routing for Named Data MANET

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China Communications 2021年第4期18卷 213-229页

作者： Guo Xian Yang Shengya Cao Laicheng Wang Jing Jiang Yongbo School of Computer and Communication Lanzhou University of TechnologyLanzhou730050China

NDN is an important instance of Information-Centric Networking.When integrating NDN into MANET,exploring new routing is a necessary task for this research area.The LSAs flooding is a common method to obtain network topology during route establishment.However,the LSAs flooding often results in a broadcast storm in high-density MANET.Using the MPR set proposed in the OLSR can effectively reduce the number of LSAs in the process of route establishment and can further solve the broadcast storm.In this paper,an enhanced neighbor discovery protocol firstly is designed to establish a MPR set.The new protocol can effectively avoid the problem incurred by unidirectional links that impact the network performance in a wireless environment.And then a new and proactive routing NOLSR based on OLSR for NDN-MANET is proposed to support NDN in MANET.And another important work is that NOLSR is implemented on top of NDN Forwarding Daemon NFD.Finally,we make a comparative analysis between NOLSR and the two most relative schemes such as traditional LSA-flooding and the scheme[1]by emulation experiments in the NDN emulator mini-NDN.

关键词： named-data networking NLSR MANET OLSR

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MANET中OLSR路由协议安全增强机制研究

MANET中OLSR路由协议安全增强机制研究

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作者：刘杰南京信息工程大学

学位级别：硕士

移动自组网(MANET)用于无基础设施场景下的组网和通信,主要用于抢险救灾、机动作战、野外搜救、应急指挥等领域,其应用场景的敏感性对其安全性提出了更高要求。优化链路状态路由协议(OLSR)是MANET当前最主要的组网和路由协议,它使用多... 详细信息

移动自组网(MANET)用于无基础设施场景下的组网和通信,主要用于抢险救灾、机动作战、野外搜救、应急指挥等领域,其应用场景的敏感性对其安全性提出了更高要求。优化链路状态路由协议(OLSR)是MANET当前最主要的组网和路由协议,它使用多点中继(MPR)技术,最小化泛洪网络中的控制信息,并基于握手(HELLO)消息和拓扑控制(TC)消息来管理网络。基础的OLSR协议设计主要关注MANET网络的灵活性和通信效率,没有引入必要的安全机制,导致基于OLSR的MANET容易遭受重放、黑洞、自私等各种恶意攻击,难以满足强对抗的敏感应用场景要求。为此,本论文开展了针对OLSR的安全增强机制的研究,具体开展的创新性工作如下:(1)针对OLSR路由节点首次通信缺乏安全预认证机制的问题,提出了一种基于环境自适应决策的双层模糊逻辑信任模型,并基于该模型设计了EFT-OLSR安全路由协议。在信任模型中,选取多个属性准则作为逻辑控制器的输入参数,加快信任机制的建立过程;设计双层模糊推理规则,选取占比较大的变量(n HELLO、n TC)为第一层结构的输入,次要变量(P)为第二层结构的输入,减少模糊规则数,降低计算复杂性。在EFT-OLSR中,选取实时网络中链路变化率、节点度、二跳连通性动态调整信任阈值,去选择网络中可信的MPR节点进行组网,保证了网络可以抵抗典型攻击。仿真实验表明了上述方案的有效性。(2)针对OLSR路由协议传输HELLO消息和TC消息无机密性和完整性保障的问题,提出了一种基于轻量级对称密码的OLSR报文加密方案,该方案首先使用Trivium轻量级流密码算法生成具有完全随机性的密钥,对OLSR发送数据包进行加密,然后采用HMAC(密钥散列消息认证码)来保障数据包的完整性,最后把加密信息E(M)和MAC值附加到OLSR的路由通用数据包后面保障路由信息的机密性和完整性。该方案在最大限度减少网络资源消耗的基础上,提高OLSR协议在网络拓扑变化时的安全性。仿真实验表明了上述方案的有效性。

关键词：信任度计算动态阈值轻量级加密 OLSR 移动自组网

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基于分簇的拓扑自适应的无人机蜂群OLSR路由协议

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计算机科学 2021年第6期48卷 268-275页

作者：孙一凡米志超王海赵宁陆军工程大学通信工程学院南京210007 中国电子科技集团公司第二十八研究所南京210007

针对无人机群网络中的路由问题,优化链路状态路由协议采用固定周期的方式通告Hello和拓扑更新(TC)消息,用于维护网络拓扑信息。但是在网络结构频繁变化的情况下,这种周期性的通告不能对网络拓扑变化及时作出响应,网络性能会大幅衰减。... 详细信息

针对无人机群网络中的路由问题,优化链路状态路由协议采用固定周期的方式通告Hello和拓扑更新(TC)消息,用于维护网络拓扑信息。但是在网络结构频繁变化的情况下,这种周期性的通告不能对网络拓扑变化及时作出响应,网络性能会大幅衰减。文中提出一种新的基于簇群的OLSR路由协议(CB-OLSR),由簇内路由和簇间路由组成,分别采用簇内两跳短距离传输和高性能簇头间远程传输。簇成员不运行完整的路由协议,仅仅完成邻居节点检测,传递Hello消息即可。该协议根据网络拓扑变化情况动态调整Hello等控制消息的广播周期,及时更新网络状况,以提高网络性能,同时对簇内短直连路径进行优化。内部簇成员以及两域相邻簇成员间,如果源节点和目标节点是两跳以内的邻居,则忽略层次结构,使用"旁路捷径"直接转发消息,以减轻簇头的负载,延长簇头寿命。EXata仿真平台上的仿真实验表明,CB-OLSR在数据丢包率和吞吐量等方面明显优于OLSR,更适用于无人机蜂群网络。

关键词：无人机 OLSR 网络拓扑周期路由协议

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大规模星群组网关键技术研究

大规模星群组网关键技术研究

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作者：张艺电子科技大学

学位级别：硕士

随着空天一体化的推进和航空航天技术的急速发展,众多业务对卫星组网需求越来越迫切。受限于单颗卫星的性能限制,大规模卫星自组织网络成为研究热点。本文面向大规模卫星自组织网络场景展开相关技术研究,包括研究其相关路由协议,根据应... 详细信息

随着空天一体化的推进和航空航天技术的急速发展,众多业务对卫星组网需求越来越迫切。受限于单颗卫星的性能限制,大规模卫星自组织网络成为研究热点。本文面向大规模卫星自组织网络场景展开相关技术研究,包括研究其相关路由协议,根据应用层典型任务场景以及底层拓扑时变特性进行综合设计和仿真实现。为上层应用提供可预期的、可保证的网络通信服务。首先,本文面向大规模星群动态组网场景,结合卫星星群的运行轨道参数特征以及Qo S要求,提出卫星集群组网方案。本章建立了从物理层、数据链路层到网络层的星间自组织网络架构,该网络架构能满足高动态时变拓扑下大规模卫星组网需求。本文通过搭建OPNET仿真平台,导入卫星实际运行轨道,对上述方案进行仿真验证,从多个维度验证了该方案的正确性和优越性。其次,本文针对卫星网络中的无线信道资源利用问题、网络拥塞问题以及通信传输时长问题,提出了一种基于曼哈顿网络模型的区域路由方法来保障大规模卫星网络中的可靠路由,参考曼哈顿网络模型,简化路由转发动作,节省路由控制报文开销。然后本文针对特殊卫星网络场景和路由振荡现象对该方案进行仿真完善。仿真表明,该方案相对于传统OLSR路由方案,能够有效节省路由开销和无线信道资源。最后,本文针对采用OLSR路由协议的小卫星自组织网络易遭受节点隔离攻击的问题,提出了基于区块链的安全架构。本文针对小卫星体积小,资源有限的特点,对区块链的结构及共识算法进行适应性改动,使基于区块链的安全架构能够适应小卫星自组织网络的特殊场景,最后通过仿真验证了该方法各项功能的有效性。

关键词：小卫星路由协议 OLSR 区域路由区块链

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Reconstruction of autumn sea ice extent changes since AD1289 in the Barents-Kara Sea, Arctic

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Science China Earth Sciences 2018年第9期61卷 1279-1291页

作者： Qi ZHANG Cunde XIAO Minghu DING Tingfeng DOU Institute of Polar Meteorology Chinese Academy of Meteorological Sciences State Key Laboratory of Earth Surface and Resources Ecology Beijing Normal University College of Resources and Environment University of Chinese Academy of Sciences

Using high-resolution ice core and tree ring proxies for sea ice extent(SIE), we reconstructed a robust time series of autumn SIE over the Barents-Kara(B-K) sector of the Arctic from AD1289–1993. After intercomparing the results and statistical parameters using the ordinary least squares regression(OLSR), the principle component regression(PCR) and the partial least squares regression(PLSR) methods, SIE time series were synthesized into a more robust series using the weighted average method, which used the explained variances as weights. The results showed that from the end of the 13 th century to the end of18 th century, the autumn B-K SIE was large, with large variations and a slightly expanding trend overall. This reflected significant multidecadal oscillations under the Little Ice Age(LIA) background. The B-K SIE began to decrease at the end of the18 th century, and a shrinking trend became significant during the second half of the 19 th century, which lasted into the 1930 s–1940 s. The 1930 s–1940 s was a period with a relatively low SIE in the B-K Sea, and the SIE had a short period of expansion from the 1940 s–1970 s. However, the B-K SIE has continuously and significantly shrank since the 1970 s. The reduction in the B-K SIE since the end of the 18 th century has been unprecedented in both duration and speed over the last 700 years. The B-K SIE has retreated significantly since the 1970 s, with a speed 6.18 times greater than the former mean retreating speed. The industrial revolution may be a dominant factor in this result. The Arctic SIE in recent years may be the lowest it has been over the last millennium.

关键词：海冰秋天北极放射性元素持续时间 SIE 高分辨率 OLSR

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