无线传感器网络leach协议的研究与安全改进

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1、硕士学位论文无线传感器网络LEACH协议的研究与安全改进作者姓名熊亚男学科专业控制理论与控制工程指导教师黎善斌副教授所在学院自动化科学与工程学院论文提交日期2016年6月ResearchandsecurityimprovementofLEACHprotocolinWirelessSensorNetworksADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：XiongYananSupervisor：A.Prof.LiShanbinSouthChi

2、naUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TP3学校代号：10561学号：201320112033华南理工大学硕士学位论文无线传感器网络LEACH协议的研究与安全改进作者姓名：熊亚男指导教师姓名、职称：黎善斌副教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：控制理论与控制工程研究方向：网络化控制系统理论及应用论文提交日期：2016年6月14日论文答辩日期：2016年6月8日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：胥布工委员：黎善斌彭达

3、洲华南理工大学学位论文原创巧声明本人郑重声明；所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加＾＾ｉ＊标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中Ｗ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名；＾勞日期：年月Ｗ日＞学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，目Ｐ：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产

4、权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期巧的保密论文外）；学校可公布学位论文的全部或部分内容，可允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本人一电子文档的内容和纸质论文的内容相致。本学位论文属于；保密，在年解密后适用本授权书。３＇ｚｆ不保密，，同意在校园网上发布供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊（光盘版）电子杂志社全文出版和编入ＣＮＫＩ《中

5、国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。＂＂（请在上相应方框内打Ｖ）娘户作者签名．灵：日期：指导教师签名；日期；：作者联系电话：电子邮箱＊（联系地址含邮编）；摘要无线传感器网络是由部署在监测区域内大量廉价微型传感器节点通过无线通信方式形成的一种多跳、自组织的网络系统，正广泛地应用于工业、农业、商业、军事等领域。目前，无线传感器网络路由协议、MAC协议等相关技术已经得到了快速发展，而安全问题的研究方兴未艾。随着信息安全形势的日益严峻，无线传感器网络的安全问题，

6、已经成为研究热点。本文首先详细介绍了无线传感器网络的概念、应用以及安全问题。然后，重点研究了LEACH路由协议及其安全性。由于传感器节点资源有限，当前很多成熟的网络安全技术无法很好的运用在无线传感器网络中。本文以资源受限为前提，提出了一套基于LEACH的低功耗安全改进协议。该协议主要在LEACH协议的基础上做出了以下改进：（1）改进了簇头选举算法和最优簇头选取策略，在簇头选举时，把节点剩余能量、与基站的距离作为重要参考因素。另外，最优簇头的选取综合考虑簇头信号强度、剩余能量以及与基站的距离等因素。

7、（2）采用基于预分配方式的对称密钥机制为LEACH协议构建起一套完整的密钥管理体系，通过周期性的更新网络主密钥、节点密钥和簇密钥，保障整个密钥体系的安全性。此外，在密钥管理机制上融合了消息认证、身份认证、链路认证等机制，这些轻量级安全机制的应用为LEACH协议构建起了一个健壮可靠的安全防御体系。（3）针对簇头节点易成攻击对象的特点提出了簇首监控机制，该机制为每一个簇头节点选定另一个簇头节点作为其监控节点。监控簇头节点在传输数据给被监控对象的同时，也传输跟踪数据给基站。如此，基站通过分析计算监控簇头

8、发送的数据，检测出网络中是否存在丢包等攻击行为。本文最后采用NS2对改进协议进行实现与仿真。经过大量试验验证，本文提出的改进协议对不具备合法身份的攻击者发起的外部攻击具备有效的防御能力。对于攻击者俘获簇头节点进而发起的内部篡改、丢包等攻击具有一定的检测能力。此外，仿真结果表明，改进协议采用的低功耗设计策略，减少了因安全机制的引入带来的能耗增加，且基本上能接近LEACH协议的能耗水平。关键词：无线传感器网络；LEACH协议；低功耗；安全改进；NS2IAbstractWirelesss