開題報告及論文工作計劃書

1、 碩士學(xué)位論文開題報告及論文工作計劃書 課題名稱 基于信任管理的WSN安全數(shù)據(jù)融合算法的研究學(xué) 號 0801704 姓 名 于璐 專 業(yè) 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 學(xué) 院 信息科學(xué)與工程學(xué)院 導(dǎo) 師 董曉梅 副導(dǎo)師 選題時間 2009 年 5 月 1 日東北大學(xué)研究生院年 月 日districts under the jurisdiction of great thanks, South of the River, River North, Mao Ta, 6 towns, less than 5 km from the enemy town of shengze, only separated by

2、a wide range of XI Bai Yang. For the time being, Sheng diwei forces are often deployed at dawn, Mao Ta, Sheng Tang Hong Kong fringe areas, and sometimes invasive South of the River, at9填表說明1、本表一、二、三、四、五項在導(dǎo)師指導(dǎo)下如實填寫。2、學(xué)生在通過開題后一周內(nèi)將該材料交到所在學(xué)院、研究所。3、學(xué)生入學(xué)后第三學(xué)期應(yīng)完成論文開題報告，按有關(guān)規(guī)定，沒有完成開題報告的學(xué)生不能申請論文答辯。一、立論依據(jù)課題來源、

3、選題依據(jù)和背景情況、課題研究目的、理論意義和實際應(yīng)用價值1.課題來源國家自然科學(xué)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(yīng)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?；诖耍岢隽吮菊n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

4、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(yīng)用于軍事、環(huán)境監(jiān)測和預(yù)報、健康護理、智能家居、建筑物狀態(tài)監(jiān)控、復(fù)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

5、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(yīng)用數(shù)據(jù)融合技術(shù)。在戰(zhàn)場等非可信環(huán)境或?qū)煽啃砸蠓浅８叩沫h(huán)境中，數(shù)據(jù)融合也帶來了風(fēng)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

6、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(yīng)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(dǎo)

7、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(dǎo)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

8、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

9、數(shù)據(jù)的情況下，保證基站能夠判定查詢結(jié)果的準(zhǔn)確性。但是該方法對于每種聚集函數(shù)都需要一個復(fù)雜的算法，為證明數(shù)據(jù)準(zhǔn)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

10、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。可以建立僅由可信節(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(yīng)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

11、過程中，提高對感知事件判斷的準(zhǔn)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?。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(xué)報。從對文獻的學(xué)習(xí)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、主要研究內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵技術(shù)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)

12、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，

13、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(dāng)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

14、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(zhǔn)確性。測試當(dāng)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(dāng)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

15、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)鞲衅骶W(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)熣埥桃约芭c項目組同學(xué)討論的形式來解決。2擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實施方案及可行性分析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)

16、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(dǎo)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(xué)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(xué)共同討論解決。四、研究基礎(chǔ)1

17、所需實驗手段、研究條件和實驗條件開發(fā)系統(tǒng)：Microsoft Windows XP Professional 2002開發(fā)工具及語言：OMNeT+4.0，Microsoft Visual C+ 6.0, Microsoft SQL server 20002所需經(jīng)費，包含經(jīng)費來源、開支預(yù)算（工程設(shè)備、材料須填寫名稱、規(guī)格、數(shù)量）五、工作計劃序號階段及內(nèi)容工作量估計（時數(shù)）起止日期階段成果形式12345知識儲備階段查閱課題相關(guān)文獻，總結(jié)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)據(jù)融合技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。分析階段分析已有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)據(jù)融合技術(shù)的優(yōu)點和缺陷，總結(jié)本課題的主要目標(biāo)。設(shè)計階段設(shè)計算法的主要結(jié)構(gòu)和主要功能模

18、塊，完成信任計算的數(shù)學(xué)模型，分析實驗的可行性。實驗階段設(shè)計完成實驗，獲取實驗數(shù)據(jù)，對實驗結(jié)果做總結(jié)。論文寫作階段撰寫畢業(yè)論文，修改畢業(yè)論文。30020040040030009.9.1-09.10.109.10.1-09.10.2509.10.25-10.1.1010.1.10-10.4.110.4.1.-10.6.1文獻綜述分析總結(jié)數(shù)據(jù)融合算法程序及實驗結(jié)果論文完稿合計1600六、評審意見導(dǎo)師（或?qū)熃M）對本課題的評價導(dǎo)師簽名 年 月 日評審小組組成姓名職稱所在單位簽字組長成員評審小組的審查結(jié)論 組長 年 月 日東北大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文選題報告評分表評審項目權(quán)重評 分 標(biāo) 準(zhǔn)得分（百分制）一、選題依據(jù)（A）30%80100分選題有較強的理論意義、實用價值，深刻的學(xué)術(shù)研究內(nèi)涵。6080分選題有一定的理論意義、實用價值，有一定的學(xué)術(shù)研究內(nèi)涵。60分以下選題缺乏理論意義和實用價值。二、理論基礎(chǔ)和專門知識(B)20%80100分較好的掌握堅實寬廣的理論基礎(chǔ)和系統(tǒng)專業(yè)知識6080分基本的掌握堅實寬廣的理論基礎(chǔ)和系統(tǒng)專業(yè)知識60分以下未能掌握堅實寬廣的理論基礎(chǔ)和系統(tǒng)知識三、選題難度及先進性(C)30%80