碩士學(xué)位論文開(kāi)題報(bào)告
開(kāi)題報(bào)告是學(xué)位論文的一個(gè)總體規(guī)劃和設(shè)計(jì)，是研究生學(xué)位論文工作的重要環(huán)節(jié)，以下是小編搜集整理的碩士學(xué)位論文開(kāi)題報(bào)告，供大家閱讀參考。
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
一、立論依據(jù)
課題來(lái)源、選題依據(jù)和背景情況、課題研究目的、理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值
1、課題來(lái)源
國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（60873199）。
2、選題依據(jù)
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有硬件資源（存儲(chǔ)能力、計(jì)算能力等）有限，電源容量有限，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化，節(jié)點(diǎn)眾多難于全面管理等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)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(wú)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(gè)有待解決的問(wèn)題。基于此，提出了本課題的研究。
3、背景情況
微電子技術(shù)、計(jì)算技術(shù)和無(wú)線通信等技術(shù)的進(jìn)步，推動(dòng)了低功耗多功能傳感器的快速發(fā)展，使其在微小體積內(nèi)能夠集成信息采集、數(shù)據(jù)處理和無(wú)線通信等多種功能。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線通信方式形成的一個(gè)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(duì)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(cè)和預(yù)報(bào)、健康護(hù)理、智能家居、建筑物狀態(tài)監(jiān)控、復(fù)雜機(jī)械監(jiān)控、城市交通，以及機(jī)場(chǎng)、大型工業(yè)園區(qū)的安全監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。
傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量傳感器節(jié)點(diǎn)組成，收集的信息量大，存在冗余數(shù)據(jù)。傳感器節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力、存儲(chǔ)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(duì)冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)內(nèi)處理，減少數(shù)據(jù)傳輸量，是減少能耗地重要技術(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(gè)重要的問(wèn)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(guò)程中的網(wǎng)絡(luò)擁塞，協(xié)助路由協(xié)議延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)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(chǎng)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(lái)了風(fēng)險(xiǎn)。例如，敵人可以俘獲節(jié)點(diǎn)獲取節(jié)點(diǎn)中的所有信息，從而完全控制節(jié)點(diǎn)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(chǔ)空間和計(jì)算量，不適合能量、計(jì)算能力、存儲(chǔ)空間都十分有限的傳感器網(wǎng)絡(luò)。因此必須設(shè)計(jì)適合傳感器網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)安全性的數(shù)據(jù)融合技術(shù)。
4、課題研究目的
通過(guò)對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)據(jù)融合技術(shù)的研究，消除傳感器中存在的大量冗余數(shù)據(jù)，有效節(jié)省傳感器節(jié)點(diǎn)能量消耗，延遲節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)的工作壽命，在有節(jié)點(diǎn)被捕獲成為惡意節(jié)點(diǎn)情況下，及時(shí)檢測(cè)惡意節(jié)點(diǎn)，消除惡意節(jié)點(diǎn)發(fā)送的惡意數(shù)據(jù)對(duì)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(guò)程的可靠性，維護(hù)傳感器網(wǎng)絡(luò)的正常工作。
5、理論意義
無(wú)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(gè)重要研究課題。本文把信任管理機(jī)制加入到傳感器網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)據(jù)融合過(guò)程中，研究設(shè)計(jì)一種傳感器節(jié)點(diǎn)信任值的計(jì)算方法，有效識(shí)別節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)融合。
6、實(shí)際應(yīng)用價(jià)值
對(duì)于工作在敵方環(huán)境中的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，傳感器節(jié)點(diǎn)容易被地方捕獲成為惡意節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)內(nèi)存儲(chǔ)的密鑰等加密暴露，導(dǎo)致傳統(tǒng)的基于加密和認(rèn)證的無(wú)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(shí)識(shí)別惡意節(jié)點(diǎn)，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(fù)載，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)工作壽命。
二、文獻(xiàn)綜述
國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動(dòng)態(tài)；所閱文獻(xiàn)的查閱范圍及手段
1、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動(dòng)態(tài)
傳感器網(wǎng)絡(luò)與眾不同的特點(diǎn)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(wèn)題，實(shí)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(wú)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，一直以來(lái)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(rèn)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(diǎn)通過(guò)自定義的模式碼的選取來(lái)組織傳感器節(jié)的發(fā)送冗余數(shù)據(jù)實(shí)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(guò)程中的機(jī)密性。改方法對(duì)于每類數(shù)據(jù)類型需要保存和維護(hù)一個(gè)查找表，一旦查找表信息暴露，該安全方案將會(huì)失效。
�。�3）Przydatek B等人提出的基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)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(lái)保證有多個(gè)惡意節(jié)點(diǎn)發(fā)送錯(cuò)誤數(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(duì)于每種聚集函數(shù)都需要一個(gè)復(fù)雜的算法，為證明數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，聚集節(jié)點(diǎn)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(shí)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(diǎn)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(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信任值評(píng)估，借助信任值增強(qiáng)WSN的安全性。傳統(tǒng)的基于密碼體系的安全機(jī)制，主要用來(lái)抵抗外部攻擊。假如節(jié)點(diǎn)被捕獲，節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)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(bǔ)充可以有效的抵抗這種內(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(xiàng)基礎(chǔ)支撐技術(shù)的安全性和可靠性。
近年來(lái)，WSN信任管理受到了越來(lái)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(gè)較為完整的WSN信任管理系統(tǒng)，該模型使用直接信息和堅(jiān)決信息來(lái)更新節(jié)點(diǎn)的.信譽(yù)，節(jié)點(diǎn)根據(jù)得到的信譽(yù)信息來(lái)選擇是否和其他節(jié)點(diǎn)合作�？梢越H由可信節(jié)點(diǎn)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(diǎn)為可信節(jié)點(diǎn)。
（3）Krasniewski提出了TIBFIT算法將信任用于WSN容錯(cuò)系統(tǒng)，把信任度作為一個(gè)參數(shù)融入到數(shù)據(jù)融合的過(guò)程中，提高對(duì)感知事件判斷的準(zhǔn)確率，其提出的信任度計(jì)算方法比較的簡(jiǎn)單。
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要采取一定的措施來(lái)保證網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩�。就目前的研究�?lái)看，對(duì)無(wú)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(jī)制都取得了一些研究成果，但是如何使用信任管理機(jī)制保證安全的數(shù)據(jù)融合的研究并不多見(jiàn)，許多問(wèn)題還有待于進(jìn)一步深入研究。
2、所閱文獻(xiàn)的查閱范圍及手段
充分利用校內(nèi)圖書(shū)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(bào)。從對(duì)文獻(xiàn)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?jī)?nèi)容
1、研究構(gòu)想與思路
在本項(xiàng)目前期工作基礎(chǔ)上建立WSN三級(jí)簇結(jié)構(gòu)模型，節(jié)點(diǎn)分為普通節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)融合節(jié)點(diǎn)（免疫節(jié)點(diǎn)），簇頭節(jié)點(diǎn)。在常規(guī)加密算法的基礎(chǔ)上完成節(jié)點(diǎn)身份認(rèn)證，通過(guò)消息認(rèn)證碼或數(shù)字水印技術(shù)保證傳感器節(jié)點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)的真實(shí)性。上級(jí)節(jié)點(diǎn)保存下級(jí)節(jié)點(diǎn)的信任值，信任度的計(jì)算建立在傳送數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析之上。節(jié)點(diǎn)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(shí)，接收節(jié)點(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn)歷史數(shù)據(jù)分布規(guī)律和節(jié)點(diǎn)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(jì)算模型以確定節(jié)點(diǎn)間的信任值。信任值確定后，數(shù)據(jù)融合節(jié)點(diǎn)將普通節(jié)點(diǎn)按照不同的信任度進(jìn)行分類，選取可信節(jié)點(diǎn)傳送的數(shù)據(jù)按查詢命令進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，將結(jié)果傳送到簇頭。簇頭同樣計(jì)算融合節(jié)點(diǎn)的信任度，保證數(shù)據(jù)融合節(jié)點(diǎn)的可靠性，計(jì)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(píng)價(jià)。各數(shù)據(jù)融合節(jié)點(diǎn)之間保持通信，通過(guò)對(duì)比數(shù)據(jù)的一致性確保簇頭節(jié)點(diǎn)的可靠。
2、主要研究?jī)?nèi)容
�。�1）設(shè)計(jì)有效的節(jié)點(diǎn)信任值計(jì)算方法，網(wǎng)絡(luò)工作一段時(shí)間后，所有正常節(jié)點(diǎn)具有較高信任度，異常節(jié)點(diǎn)具有較低信任度，可初步判定為惡意節(jié)點(diǎn)。
�。�2）當(dāng)融合節(jié)點(diǎn)或簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)生異常時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，并上報(bào)基站。
�。�3）過(guò)濾異常數(shù)據(jù)和惡意數(shù)據(jù)，盡量減少因節(jié)點(diǎn)被捕獲而對(duì)感知數(shù)據(jù)結(jié)果造成的影響。
�。�4）計(jì)算最終數(shù)據(jù)融合結(jié)果并且對(duì)最終數(shù)據(jù)融合結(jié)果做出評(píng)價(jià)來(lái)反映該結(jié)果的的可靠程度，供基站參考。
�。�5）進(jìn)行算法的能量分析。
3、擬解決的關(guān)鍵技術(shù)
（1）建立WSN一個(gè)簇內(nèi)數(shù)據(jù)傳送的三層簇結(jié)構(gòu)模型，節(jié)點(diǎn)密集部署。
�。�2）模擬工作過(guò)程中節(jié)點(diǎn)被捕獲成為惡意節(jié)點(diǎn)，惡意節(jié)點(diǎn)可能發(fā)送和真實(shí)數(shù)據(jù)差別較大的數(shù)據(jù)，也能發(fā)送和真實(shí)數(shù)據(jù)差別不大但會(huì)影響融合結(jié)果的數(shù)據(jù)。
（3）計(jì)算并更新傳感器節(jié)點(diǎn)的信任值，分析信任值的有效性。
�。�4）記錄各節(jié)點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)值，并與實(shí)際值進(jìn)行比較，分析融合數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。測(cè)試當(dāng)有較多節(jié)點(diǎn)被捕獲時(shí)算法的工作效果。
4、擬采取的研究方法
查閱國(guó)內(nèi)外大量有關(guān)無(wú)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(xiàn)，分析當(dāng)前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀與未來(lái)。借鑒在該領(lǐng)域已經(jīng)取得的研究成果和經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)而深入的研究在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合中使用信任管理機(jī)制的主要問(wèn)題。通過(guò)對(duì)已有的安全數(shù)據(jù)融合技術(shù)進(jìn)行總結(jié)和分析，結(jié)合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一種基于信任管理的無(wú)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(jī)制來(lái)保障在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)安全的數(shù)據(jù)融合，在現(xiàn)有的對(duì)無(wú)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(duì)課題中的技術(shù)難點(diǎn)，通過(guò)查閱資料、向?qū)熣?qǐng)教以及與項(xiàng)目組同學(xué)討論的形式來(lái)解決。
6、實(shí)施方案
�。�1）在Windows平臺(tái)下使用omnet++4.0進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。
�。�2）建立無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)一個(gè)簇內(nèi)數(shù)據(jù)傳送的三層結(jié)構(gòu)模型，節(jié)點(diǎn)密集部署。
�。�3）模擬無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)受到攻擊時(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)發(fā)送，根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律計(jì)算和更新節(jié)點(diǎn)信任值。
�。�4）把節(jié)點(diǎn)按信任值分類，檢測(cè)識(shí)別惡意節(jié)點(diǎn)。
�。�5）根據(jù)節(jié)點(diǎn)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(shí)積累：通過(guò)廣泛閱讀無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合技術(shù)方面的文獻(xiàn)形成了一定量的理論知識(shí)儲(chǔ)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(guò)程中遇到難以解決的問(wèn)題時(shí)，可以向指導(dǎo)老師請(qǐng)教解決問(wèn)題的基本思路。對(duì)項(xiàng)目相關(guān)課題有疑問(wèn)時(shí)，可以向項(xiàng)目組同學(xué)請(qǐng)教。對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建立及使用有疑問(wèn)時(shí)，可以和項(xiàng)目組同學(xué)共同討論解決。
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