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开题报告
硕士学位论文开题报告及论文工作计划书
课题名称无线传感器网络中虫洞攻击的检测及移除算法的研究
学号0901769
姓名杨洁
专业计算机软件与理论
学院信息科学与工程学院
导师于戈
副导师
选题时间2010年10月10日
东北大学研究生院
2010年10月10日
填表说明
1、本表一、二、三、四、五项在导师指导下如实填写。
2、学生在通过开题后一周内将该材料交到所在学院、研究所。
3、学生入学后第三学期应完成论文开题报告,按有关规定,没有完成开题报告的学生不能申请论文答辩。
一、立论依据
1.课题来源
国家自然科学基金(60873199)无线传感器网络数据安全免疫模型研究2009.1-2011.12
2选题依据和背景情况
随着微机电系统、片上系统、无线通信和嵌入式技术的飞速发展,孕育出无线传感器网络(WirelessSensorNetworks,WSN),并以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来了信息感知的一场变革。
无线传感器网络的研究起源于上世纪90年代,是一种综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息技术、数据库技术等多种技术的新兴网络。
无线传感器网络系统研究有着巨大的科学意义和应用前景,已经成为当今前沿性的热点研究方向之一。
无线传感器网络正在成为IT领域和涉及硬件、系统设计、网络、分布式算法、编程模型、数据管理、安全和社会因素等活跃研究领域的新的层次。
传感器网络的基本思想是,将微小的传感器设备分散到一个特定的环境中去,它们去遥感周围环境的变化,和周围的设备通信,去实现一些目标跟踪,监测,环境监测等。
无线传感器网络所具有的众多类型的传感器,可探测包括地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向、照明条件、某种对象存在或不存在、附属对象的机械压力水平和其他属性等周边环境中多种多样的现象。
基于MEMS的微传感技术和无线联网技术为无线传感器网络赋予了广阔的应用前景。
无线传感器网络被越来越广泛的应用在无人区域中,由于其自组织、资源有限等特点,保证无线传感器网络的安全显得十分必要,安全问题已经成为一个亟待解决的问题。
因此,无线传感器网络的安全问题研究吸引了众多科研人员的注意,成为了一个新的研究热点。
虫洞由两个串谋节点(分别称为攻击者、合谋者)和一条私有高速通道(隧道)构成。
攻击者在网络中的一个位置上监听到数据包,并通过私有通道传递到合谋者处重放。
大多数数据包会被路由到虫洞,如果攻击者只传递部分数据包,如只传递控制信息数据包,或篡改数据包的内容,将造成数据包的丢失或破坏。
同时因为虫洞能够造成比实际路径短的虚假路径,将会扰乱依靠结点间距离信息的路由机制,从而导致路由发现过程的失败。
更严峻的问题是即使网络通讯间存在身份认证和加密且攻击者并无密钥时仍能够进行攻击。
而且虫洞不易被定位。
3课题研究目的
研究分析现有的无线网络虫洞检测方法,结合无线传感器网络的特点,设计一种虫洞检测算法及移除算法,从数据安全的角度保障无线传感器网络数据的正确性、真实性和完整性,使我们能够从无线传感器网络得到正确的数据,并通过这些数据得出准确的分析结果,进行正确的决策。
4理论意义和实际应用价值
为解决无线网络中虫洞攻击问题,保障数据安全问题提供一定的新思想和方法;为无线传感器网络的早日广泛应用提供一定的安全保障。
所以,本研究具有深远的理论意义和实际应用价值。
二、文献综述
1国内外研究现状和发展动态
无线传感器网络通常部署在无入维护、不可控制的环境中,因此,它遇到了比一般无线网络更多的安全威胁,如信息泄漏、重放攻击、DOS、信息篡改、黑洞攻击以及虫洞攻击等。
随着无线传感器网络的广泛应用,安全问题越来越突出。
保证网络中数据的机密性、真实性、可靠性是无线传感器网络的重要课题和研究热点。
虫洞攻击主要针对无线网络中多跳路由发动攻击,破坏网络路由机制,篡改数据包等,严重影响数据安全。
并且不易检测。
对于虫洞攻击,目前已经提出了一些检测和防御的方法。
HuYinchun等人提出了包束缚的方法。
包束缚就是在每个数据包中添加束缚信息以限定包的传输距离。
束缚信息有2种:
一种是地理束缚,发送方将其位置信息和发送时间添加到包中,接收方根据自身位置和接受时问估算出发送方到接收方的最大距离,如果估算出的最大距离超过单跳传输距离,则丢弃该数据包;另一种是时间束缚,这种方法假设无线电信号的最大传输速率等于光速,因此数据包的生存期可以使用最大传输距离和光速计算得到。
发送方将包的生存期加入到包中,接收方根据接受时间检查包是否超时。
HuLingxuan等人提到使用定向天线识别正确的邻居节点来防止虫洞攻击。
WangWeichao等人提出MDS—VOW(MultiDimensionalScalingVisualizationOfWormhole)方法,在绘图理论中,多维缩放技术用来重建网络的拓扑结构,可以使用可视化绘图来检测被虫洞攻击扭曲的网络拓扑。
ButtyanL等人提到测量邻居数目的分布或者是所有节点对之间的距离分布,使用统计计算的方法检测虫洞攻击。
该方法假设网络满足一定的密度,从而每个节点的邻居数不会超过某个阈值。
洪亮等提出了基于邻居信任评估的方法。
该方法通过引入信任模型,收集邻居以往信息作为信任评估的经验,然后根据模型对邻居关系进行可信评估,在选择路由时,选取高可信度的邻居作为下一跳。
由于评估结果相比虫洞形成在时间上是滞后的,因此该方法对虫洞的检测存在较大的延时。
张杰等提出引入简化的marsh信任模型,将邻居节点以往表现作为信任评估的经验来源,通过具体分析确定节点的位置关系,从而避免传感器网络中的虫洞攻击。
陈剑等提出一种基于信任评估的端到端虫洞检测方法,估算源节点和目的节点问最短路径长度,根据路由长度和邻居节点信任度来选择路由,从而检测和防御虫洞攻击。
上述几种检测方法中,基于监听与信赖的方法对硬件有一定的要求(需要网络节点支持混杂模式),而且对节点的电源要求比较高。
各种方法都有一定的局限性,故应该进行更多的研究。
2.所阅文献的查阅范围及手段
充分利用校内图书馆资源、网络资源以及一些位于科技前沿的期刊学报。
从对文献的学习中掌握足够的理论依据,获得启发以用于研究。
三、研究内容
1.研究构想与思路、主要研究内容及拟解决的关键技术
1.研究构想与思路
主要思路是根据检测结点的邻居数目的异常变化来判断是否有虫洞攻击存在。
在网络构建时,每个结点得到并保存其邻居结点数目,并据此建立结点的邻居数的分布规律。
基站保存结点的位置信息。
然后结点周期性获得其邻居结点数目。
在无新节点加入网络的情况下,若发现邻居数目异常增加,则认为存在虫洞攻击,并且攻击者存在于在报告了异常的结点的邻居结点中。
发现有邻居数目异常增加的结点向基站报告异常,并上报自己的邻居。
基站综合这些信息,并寻找报告了异常的结点的邻居结点的交集,该交集中的元素即为异常结点,并将这些异常结点列入黑名单,不再将其作为邻居,即不再接受其发送的任何数据或者向其发送数据。
若无异常,即认为虫洞移除完毕,否则进行下一轮检查邻居数目的迭代,直到虫洞移除完毕为止。
2.主要研究内容
(1)根据结点邻居数目初始值及邻居数目的分布规律,得出判断结点的邻居数目是否异常变化的阈值。
(2)节点能及时发现邻居数目异常增加,并上报基站。
(3)基站综合各结点所上报的异常结果并辨识出攻击结点,并通知各当事结点。
当事结点将攻击结点加入攻击者黑名单。
(4)进行算法的能量分析。
3.拟解决的关键技术
(1)邻居数目异常变化的阈值的确定,这将影响结点判断邻居数目是否异常增加的判断结果。
(2)攻击结点的确定。
4.拟采取的研究方法
查阅国内外大量有关无线传感器网络虫洞攻击的检测、移除和防御方面的文献,分析当前无线传感器网络安全领域的发展现状与未来。
借鉴在该领域已经取得的研究成果和经验,系统而深入的研究在无线传感器网络虫洞攻击的检测和防御算法存在的主要问题。
通过对已有的检测和移除的技术进行总结和分析,结合无线传感器网络自身的特点,设计出一种基于邻居结点数目异常增加的无线传感器网络中虫洞攻击的检测和移除算法。
5.技术路线
本课题尝试基于传感器结点邻居数目异常变化来检测无线传感器网络中是否存在虫洞攻击。
在现有的对无线传感器网络安全中虫洞攻击的特征及引起的无线传感器网络的变化的研究基础上,期望能够对传感器网络虫洞攻击的检测和移除提出有效的解决方案。
针对课题中的技术难点,通过查阅资料、向导师请教以及与项目组同学讨论的形式来解决。
2.拟采取的研究方法、技术路线、实施方案及可行性分析
6.实施方案
在Windows平台下使用omnet++4.0进行仿真实验。
7.可行性分析
(1)理论知识积累:
通过广泛阅读无线传感器网络数据融合技术方面的文献形成了一定量的理论知识储备,为课题的研究奠定基础。
(2)技术积累:
熟悉OMNeT++网络仿真软件,具有一定的C++编程能力。
(3)技术合作:
研究过程中遇到难以解决的问题时,可以向指导老师请教解决问题的基本思路。
对项目相关课题有疑问时,可以向项目组同学请教。
对实验平台的建立及使用有疑问时,可以和项目组同学共同讨论解决。
四、研究基础
1.所需实验手段、研究条件和实验条件
实验手段:
计算机编程实现。
研究条件:
(1)在人员方面,董老师以及实验室的所有老师的丰富经验会为本课题的研究提供良好的建议和技术方面的支持。
(2)在物质方面,东北大学计算机软件与理论研究所为本课题的研究提供软、硬件环境以及资金方面的支持。
实验条件:
(1)硬件环境:
高档配置PC机一台。
(2)软件环境:
MicrosoftwidowsXP操作系统,开发平台是VisualC++6.0+OMNet4.0++。
2.所需经费,包含经费来源、开支预算(工程设备、材料须填写名称、规格、数量)
所需经费由东北大学计算机软件与理论研究所提供。
五、工作计划
序号
阶段及内容
工作量估计
(时数)
起止日期
阶段成果形式
1
2
3
4
5
知识储备阶段
查阅课题相关文献,总结无线网络中虫洞攻击检测算法的研究现状。
分析阶段
分析已有的无线传感器网络中虫洞检测算法的优点和缺陷,总结本课题的主要目标。
设计阶段
设计虫洞检测算法和移除算法。
分析实验的可靠性和效率。
实验阶段
设计完成实验,获取实验数据,分析实验结果并做总结。
论文写作阶段
撰写毕业论文,修改毕业论文。
300
200
400
400
300
2010.9-2010.10
2010.10-2010.11
2010.11-2011.1
2011.1-2011.4
2011.4-2011.6
文献综述
分析总结
虫洞检测算法和移除算法的设计
方针实验及结果分析总结
写论文及准备答辩
合计
1600
六、评审意见
导师(或导师组)对本课题的评价
导师签名
年月日
评审小组
组成
姓名
职称
所在单位
签字
组长
成员
评审小组的审查结论
组长
年月日
东北大学硕士研究生学位论文选题报告评分表
评审项目
权重
评分标准
得分
(百分制)
一、选题依据(A)
30%
80~100分
选题有较强的理论意义、实用价值,深刻的学术研究内涵。
60~80分
选题有一定的理论意义、实用价值,有一定的学术研究内涵。
60分以下
选题缺乏理论意义和实用价值。
二、理论基础和专门知识(B)
20%
80~100分
较好的掌握坚实宽广的理论基础和系统专业知识
60~80分
基本的掌握坚实宽广的理论基础和系统专业知识
60分以下
未能掌握坚实宽广的理论基础和系统知识
三、选题难度及先进性(C)
30%
80~100分
研究课题属本学科发展方向并居前沿位置,具有自己独特的思考、研究课题具有较强的先进性
60~80分
研究课题属本学科的发展方向,并具有先进性。
60分以下
研究课题与本学科的发展方向先进性不明显,难度欠佳。
四、文字表达(D)
10%
80~100分
条理清晰,分析严谨,文笔流畅
60~80分
条理较好,层次分明,文笔较流畅
60分以下
写作能力较差
五、口头报告(E)
10%
80~100分
论文严密、逻辑性强、表达清楚。
60~80分
基本概念清晰、层次分明。
表达较清楚。
60分以下
表达较差
总分
总分=0.3A+0.2B+0.3C+0.1D+0.1E
备注:
评审专家只对五项指标每一项的最后一栏内打分(百分制),不必计算总分。
- 配套讲稿:
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- 特殊限制:
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- 关 键 词:
- 开题 报告