无线传感器网络节点位置保护问题研究

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1、硕_J二学位论文第二章WSN中位置保护问题的相关研究及现状汇聚节点也是网络中具重要的作用的关键节点。一方面，它连接传感器网络与外部网络，网络监测到的数据都必须经过汇聚节点传送到观测者，同时汇聚节点还负责向整个网络发布检测任务⋯。如散布在敌方阵地内的传感器网络，即使一部分传感器节点遭到破坏，剩下的节点仍能够白组织的形成网络，继续获取作战信息。而一旦汇聚节点被攻击者破坏，将导致整个网络的瘫痪。另一方面，网络监测到的数据通常都按照一定的路由路径从源节点传输到汇聚节点。这就导致网络通信流量模式具有明显的不对等性。图2—2所示，文献中『43]研究了使用最短路径(简称SP)转发数据包的无

2、线传感器的网络流量模式。因为所有的数据都向汇聚节点传输，而越接近汇聚节点转发节点的数目越少，所以节点的平均数据流量就越大，汇聚节点周围存在着全网最高的流量。利用流量模式的这种特点，外部攻击者可以通过流量分析确定出汇聚节点的位置。为了防止流量分析攻击，目前提出的汇聚节点的位置保护协议有：伪造汇聚节点协议(DecoySinkProtoc01)[删、位置保护路由(LRP)[451以及有差别的分支路由协议(DEFP)[431等。2．2攻击者模型图2—2使j_}；lsP路由的网络通信流量模式在位置保护问题巾，攻击者可以分为两种：外部攻击者和内部攻击者。内部攻击者指能够破解网络数据包内容

3、的攻击者，这类攻击者需要对数据包交换格式和语义非常清楚。而外部攻击者只对网络中是否具有数据流、流量的大小以及信号的来源进行观察，无需破解数据包的内容。目前在位置保护问题中研究最多的是逐跳追逐数据包传输的攻击者和全局流量分析的攻击者，这两种攻击者都属于外部攻击者。硕士学位论文第二章WSN中位置保护问题的相关研究及现状2．2．1逐跳追踪数据包传输的外部攻击者(1)追踪源节点位置的攻击者逐跳追踪数据包传输的外部攻击者通常配备某种无线信号定位装置，利用这种装置可以对一定范围内的数据传输行为进行监控。这类攻击者的能力和普通的传感器节点差不多，因此其监听范围通常为一跳传输范围内。在追踪源

4、节点位置时，其追踪的方向与数据包的传输方向相反，具体描述为：攻击者首先位于汇聚节点处监听局部范围内(一跳或几跳范围内)的无线信号，一旦监测到一个新的信号后判断信号发送节点的位置，并移动到该信号发送点位置继续监听无线信号，最终以逐跳的方式从汇聚节点追踪到源节点位置。其追踪过程如图2—3描述。图2—3逐跳追踪源：仃点过程描述(2)追踪汇聚节点位置的攻击者逐跳追踪数据包的攻击者在追踪汇聚节点位置时，根据数据包发送的时间顺序来判断哪些节点是传输路径上的节点，逐跳移动，最终到达汇聚节点。其追踪过程如图2—4所示。初始时攻击者处于A节点处并监听一跳范围内的信号传输，因为监听到节点A向外发

5、送了一个数据包，随后节点B也进行了一次数据包发送。所以攻击者推断出本次数据传输路上上必然存在链路A—．>B，B节点位置暴露，攻击者移动到B节点位置继续监听下一次数据包。、、0、·．一，r、、●，，／、～-一一一●——◆图24逐跳追踪汇聚节点的方式6传感器数据包攻击者监听硕上学位论文第二章WSN中位置保护问题的相关研究及现状2．2．2流量分析的攻击者位置保护问题中的流量分析攻击者是一种很高的攻击能力的攻击者，能够对整个网络的无线通信进行监控，即它可以观察网络中多处的无线通信情况或某个时段内整个网络的无线通信情况。攻击者可以通过在网络中布置大量廉价的监控设备来实现全局监控。通过观

6、察网络的通信流量模式，攻击者能够定位出源节点或汇聚节点的准确位置。在网络中引入数据包随机转发策略的同时加入假包传输能够较好的防御这种攻击，使得全网的通信模式在源节点发送数据包给汇聚节点的过程中并不发生明显的改变，攻击者无法观II!II不同节点通信模式的差别，就无法根据流量模式对节点位置进行追踪。2．3Panda．HunterGame模型传感器节点通常通过飞机布散的方式，大量部署在被监控物体内部或附近。节点间自组织形成无线网络，以分布式协作的方式，采集、处理并传输应用兴趣相关的数据。网络节点对数据进行融合后，通过多跳路由的方式，传输数据到汇聚节点。汇聚节点对网络监控的信息进行处

7、理并发送给用户。同样，汇聚节点以多跳的方式将兴趣消息路由到特定的布置区域或网络节点。综上所述，无线传感器网络都具有以下几个基本特点：(1)大规模传感器网络经常需要部署在监控战场，草原，海洋等巨大面积的区域执行信息感知任务，因此网络中包含大量的传感器节点且网络中节点密度也很大【1】。(2)自组织大部分传感器网络没有任何基础设施的支持，网络节点预先没有任何路由信息的植入。在网络布置好后，传感器节点通过拓扑控制机制和网络协议以自组织的方式建立邻居表和路由路径，形成多跳的无线网络。(3)多跳路由为了节省能量消耗