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劃和設計，是研究生學位論文工作的重要環節，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安全數據融合算法的研究
一、立論依據
課題來源、選題依據和背景情況、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
無線傳感器網絡具有硬件資源（存儲能力、計算能力等）有限，電源容量有限，拓撲結構動態變化，節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人員提出了大量具有挑戰性的研究課題，安全數據融合即為其一。雖然目前的研究已經取得了一些成果，但仍然不能滿足應用的需求。無線傳感器網絡是以數據為中心的網絡，如何保證其數據融合的安全性還是一個有待解決的問題。基于此，提出了本課題的研究。
3、背景情況
微電子技術、計算技術和無線通信等技術的進步，推動了低功耗多功能傳感器的快速發展，使其在微小體積內能夠集成信息采集、數據處理和無線通信等多種功能。無線傳感器網絡就是由部署在監測區域內大量的廉價微型傳感器節點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網絡系統，其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中感知對象的信息，并發送給數據處理中心或基站。傳感器網絡被廣泛的應用于軍事、環境監測和預報、健康護理、智能家居、建筑物狀態監控、復雜機械監控、城市交通，以及機場、大型工業園區的安全監測等領域。
傳感器網絡由大量傳感器節點組成，收集的信息量大，存在冗余數據。傳感器節點的計算能力、存儲能力、通信能量以及攜帶的能量都十分有限，數據融合就是針對冗余數據進行網內處理，減少數據傳輸量，是減少能耗地重要技術之一。傳感器網絡中，將路由技術與數據融合技術結合是一個重要的問題。數據融合可以減少數據量，減輕數據匯聚過程中的網絡擁塞，協助路由協議延長網絡的生存時間。因而可以數據為中心的路由技術中應用數據融合技術。在戰場等非可信環境或對可靠性要求非常高的環境中，數據融合也帶來了風險。例如，敵人可以俘獲節點獲取節點中的所有信息，從而完全控制節點的行為，偽造和篡改數據。傳統網絡中的安全技術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絡。因此必須設計適合傳感器網絡具有較強安全性的數據融合技術。
4、課題研究目的
通過對無線傳感器網絡安全數據融合技術的研究，消除傳感器中存在的大量冗余數據，有效節省傳感器節點能量消耗，延遲節點和網絡的工作壽命，在有節點被捕獲成為惡意節點情況下，及時檢測惡意節點，消除惡意節點發送的惡意數據對數據融合的不良影響，保障了傳感器網絡數據融合過程的可靠性，維護傳感器網絡的正常工作。
5、理論意義
無線傳感器網絡安全技術的研究涵蓋了非常多的研究領域，安全數據融合技術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絡安全數據融合過程中，研究設計一種傳感器節點信任值的計算方法，有效識別節點狀態，實現可靠的數據融合。
6、實際應用價值
對于工作在敵方環境中的無線傳感器網絡，傳感器節點容易被地方捕獲成為惡意節點，節點內存儲的密鑰等加密暴露，導致傳統的基于加密和認證的無線傳感器網絡安全措施失效，在這種情況下，本研究可以可以及時識別惡意節點，保證傳感器網絡數據融合的可靠性，有效減少網絡負載，延長網絡工作壽命。
二、文獻綜述
國內外研究現狀、發展動態；所閱文獻的查閱范圍及手段
1、國內外研究現狀、發展動態
傳感器網絡與眾不同的特點導致傳感器網絡與傳統網絡有極大不同。傳感器網絡的安全數據匯聚是要解決加密傳輸和數據匯聚的協調問題，實現數據的安全處理和傳輸。傳統有線網絡和無線網絡的安全技術并不適用于傳感器網絡，這吸引了眾多研究人員研究適合傳感器網絡的安全技術，并且提出了許多適合傳感器網絡的安全技術。安全數據融合算法是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數據加密方法和廣播認證方法，為WSN安全性研究作出了基礎性工作。
（2）CAM H等人提出了一種基于模式碼的能量有效安全數據融合算法，算法用簇頭節點通過自定義的模式碼的選取來組織傳感器節的發送冗余數據實現數據融合，并且使用同態加密體重保證了數據在傳輸過程中的機密性。改方法對于每類數據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等人提出的基于數據統計規律的數據融合算法，算法使用高效的抽樣和迭代的證明來保證有多個惡意節點發送錯誤數據的情況下，保證基站能夠判定查詢結果的準確性。但是該方法對于每種聚集函數都需要一個復雜的算法，為證明數據準確性，聚集節點需向基站發送大量參數，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數據加密和安全數據融合。但是在傳感器節的十分有限的情況下，使用公鑰密碼體系使節點能量消耗更加迅速，縮短網絡的壽命。
WSN的信任管理是在WSN管理的基礎上提出的，主要研究對節點進行信任值評估，借助信任值增強WSN的安全性。傳統的基于密碼體系的安全機制，主要用來抵抗外部攻擊。假如節點被捕獲，節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部攻擊。將信任管理同WSN的安全構架相結合，可以全面提高WSN各項基礎支撐技術的安全性和可靠性。
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，該模型使用直接信息和堅決信息來更新節點的.信譽，節點根據得到的信譽信息來選擇是否和其他節點合作。可以建立僅由可信節點組成的網絡環境。
（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應答手段，盡可能的保證選舉出的簇頭節點為可信節點。
（3）Krasniewski提出了TIBFIT算法將信任用于WSN容錯系統，把信任度作為一個參數融入到數據融合的過程中，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。
無線傳感器網絡需要采取一定的措施來保證網絡中數據傳輸的安全性。就目前的研究來看，對無線傳感器網絡安全數據融合技術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據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
充分利用校內圖書館資源、網絡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，獲得啟發以用于研究。
三、研究內容
1、研究構想與思路
在本項目前期工作基礎上建立WSN三級簇結構模型，節點分為普通節點，數據融合節點（免疫節點），簇頭節點。在常規加密算法的基礎上完成節點身份認證，通過消息認證碼或數字水印技術保證傳感器節點傳送數據的真實性。上級節點保存下級節點的信任值，信任度的計算建立在傳送數據的統計分析之上。節點加入網絡后先初始化為一定的信任值，每輪數據發送時，接收節點收集數據后，量化數據的分布規律，主要包括單個節點歷史數據分布規律和節點間數據差異的分析，確定數據分布模型（如正態分布、beta分布等），建立計算模型以確定節點間的信任值。信任值確定后，數據融合節點將普通節點按照不同的信任度進行分類，選取可信節點傳送的數據按查詢命令進行數據融合，將結果傳送到簇頭。簇頭同樣計算融合節點的信任度，保證數據融合節點的可靠性，計算最終數據查詢結果，使用Josang信任模型給出結果的評價。各數據融合節點之間保持通信，通過對比數據的一致性確保簇頭節點的可靠。
2、主要研究內容
（1）設計有效的節點信任值計算方法，網絡工作一段時間后，所有正常節點具有較高信任度，異常節點具有較低信任度，可初步判定為惡意節點。
（2）當融合節點或簇頭節點發生異常時能及時發現異常，并上報基站。
（3）過濾異常數據和惡意數據，盡量減少因節點被捕獲而對感知數據結果造成的影響。
（4）計算最終數據融合結果并且對最終數據融合結果做出評價來反映該結果的的可靠程度，供基站參考。
（5）進行算法的能量分析。
3、擬解決的關鍵技術
（1）建立WSN一個簇內數據傳送的三層簇結構模型，節點密集部署。
（2）模擬工作過程中節點被捕獲成為惡意節點，惡意節點可能發送和真實數據差別較大的數據，也能發送和真實數據差別不大但會影響融合結果的數據。
（3）計算并更新傳感器節點的信任值，分析信任值的有效性。
（4）記錄各節點傳送數據值，并與實際值進行比較，分析融合數據的準確性。測試當有較多節點被捕獲時算法的工作效果。
4、擬采取的研究方法
查閱國內外大量有關無線傳感器網絡數據融合技術和信任管理技術方面的文獻，分析當前無線傳感器網絡安全領域的發展現狀與未來。借鑒在該領域已經取得的研究成果和經驗，系統而深入的研究在無線傳感器網絡數據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據融合技術進行總結和分析，結合無線傳感器網絡自身的特點，設計出一種基于信任管理的無線傳感器網絡安全數據融合算法。
5、技術路線
本課題嘗試使用信任管理機制來保障在無線傳感器網絡中實現安全的數據融合，在現有的對無線傳感器網絡安全數據融合技術的研究基礎上，與信任管理技術相結合，期望能夠對傳感器網絡安全數據融合提出有效的解決方案。針對課題中的技術難點，通過查閱資料、向導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）建立無線傳感器網絡一個簇內數據傳送的三層結構模型，節點密集部署。
（3）模擬無線傳感器網絡受到攻擊時時的數據發送，根據數據統計規律計算和更新節點信任值。
（4）把節點按信任值分類，檢測識別惡意節點。
（5）根據節點信任值選擇有效數據完成數據融合。
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絡數據融合技術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。
（2）技術積累：熟悉OMNeT++網絡仿真軟件，具有一定的C++編程能力。
（3）技術合作：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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