南邮本科毕设开题报告.doc

南京邮电大学毕业设计(论文)开题报告开题报告请单面打印。题目基于多叉编码树的无线传感器网络ID认证机制学生姓名曹朋飞班级学号B07030431专业计算机科学与技术一、课题任务的学习与理解开题报告内容应在2000字左右，篇幅请避免过于单薄。1、课题任务的整体认识通过对任务书的学习和与指导老师的交流，对无线传感器网络相关知识有了初步了解。密钥管理和认证技术是无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，简称WSN)信息安全研究领域中的关键问题。由于传感器网络资源受限，节点的计算、通信和存储能力十分有限，因此如何研究轻量级的认证机制是目前的热点问题，其中包括了基于身份(ID)的认证机制。本课题要求提出一种基于多叉编码树的无线传感器网络节点ID编码方式，使其具有唯一性、易于识别、可扩展性好等特征，并在此基础上，实现一种轻量级的认证方案，同时利用Matlab或者NS-2仿真工具验证其有效性。2、课题的具体实现要求1. 全面了解无线传感器网络的关键技术，掌握WSN的安全机制相关知识；2. 对现有WSN的基于ID的认证机制进行深入调研和全面分析；3. 构建基于多叉编码树的无线传感器网络ID认证机制；4. 利用Matlab或者NS-2仿真工具进行仿真实验。3、课题的成果形式1. 基于多叉编码树的ID认证机制的性能仿真演示系统；2. 提交毕业设计报告及其电子文档。二、阅读文献资料进行调研的综述无线传感器包括传感、处理、通信、能源四方面内容。在研究过程中我们主要对其存储能力、计算能力、通信能力展开研究讨论。传感器节点通常是一个微型的嵌入式系统，具有感知物理环境数据和处理数据的能力，但它的处理能力、存储能力和通信能力都相对较弱。目前常见的传感器节点一般通过能量有限的电池供电，所以通常传感器节点的电源能量有限。从网络功能上看，每个传感器节点既具有传统网络节点的终端功能，也具有路由器功能，除了进行本地信息收集和数据处理外，还要对其他节点转发来的数据进行存储、管理和融合等处理，同时与其他节点协作完成一些特定任务。网络中，传感器节点的地位相同，各个节点之间可独立采集相关信息，并可通过传感器节点间的相互通信共享彼此之间的信息。无线传感器网络的网络拓扑结构，从逻辑的角度分为平面结构和层簇结构。平面结构服从均匀分布，层簇结构基站在探测区域中心，各节点呈无线方式自组织。分析可知任务书要求基于多叉编码树，设计一种无线传感器网络的节点ID编码方式，具有可扩展性好、节点标识唯一、易插入删除，以实现基于ID的密钥管理等特征。基于任务书要求对有限探测区域的无线传感器网络做出如下前提假设：1、无线传感器网络节点集合为V，节点之间的通信链路组成边的集合E，则图G=(V, E)是一个连通图，即本文不考虑网络中存在孤立节点(无法与其它任一节点建立通信)的情形；2、本文采用以基站为中心的层簇式结构，基站位于探测区域的中心；3、假设无线传感器网络中所有节点在物理上是均匀分布的；4、当节点通过多叉编码树分配不到ID号时，将启用预置在每个节点中的一些特殊的ID编码。初步研究考虑如下问题：(一) 多叉编码树的设计1、基站（普通簇头）节点的邻居数目必须小于树的度，树的度即为树中孩子数最多的那个节点的孩子数；2、某个节点成为多个簇头的邻居时如何处理：a、考虑该节点邻居簇头的孩子数，谁的孩子越少就让该节点成为该簇头的邻居；b、考虑该节点到邻居簇头的距离。例如，新加入节点9，可成为节点1和节点2的邻居，如图1所示，节点1和节点2到节点9的距离分别为d1-9、d2-9。若d1-9d2-9，则节点9成为节点2的邻居；c、考虑该节点附近簇头的功率大小，和发射功率最大的簇头成为邻居。21 d1-9 d2-9 9图1 簇头邻居选择场景图表请尽量自己画，避免拷贝，并规范标注。3、树的退化问题例如，一颗高度为5的200叉搜索树最多能容纳321010-1个元素，也可以只有5个元素。同样，一棵有321010-1个元素的200叉搜索树的高度可以是5，也可以是321010-1。所以，这里设计的多叉编码树也会像普通的二叉搜索树一样产生退化的树形。由于对存储在磁盘上的搜索树进行搜索、插入和删除操作的时间主要取决于访问磁盘的次数。所以，应当避免产生退化树形。应使设计的多叉编码树尽量平衡，可通过限制每个节点中包含元素的最少个数，以及要求所有的失败节点（空子树）都在同一层上，来防止产生退化树形。4、ID过长的问题ID过长导致需要的节点存储空间较大，而传感器节点通常是一个微型的嵌入式系统，具有感知物理环境数据和处理数据的能力，但它的处理能力、存储能力和通信能力都相对较弱，所以，应尽量缩短ID编码的长度。(二) ID编码方式1、保证每个节点的ID是唯一的ID的最大长度由传感器节点的容量决定。例如一般传感器节点容量为512k，若为二进制编码，则允许的最大长度为19位；若为十六进制编码，则允许的最大长度为17位。2、ID编码方式的可扩展性；新节点的加入：给新节点一个唯一的ID，并加入邻居列表（设计策略：成为谁的孩子），旧节点的死亡（被俘获）：回收ID，在邻居列表中删除。根据假设研究得出该无线传感器网络的节点ID编码方式后，再基于多叉树的ID编码方式，构造一种基于秘密共享机制的密钥管理方案。由于无线传感器网络的特征，导致许多有线网络或者传统无线网络中较为成熟的密钥管理方案不能被直接用于传感器网络中。但密钥管理机制确实是无线传感器网络安全技术中一个非常重要的基础性问题，它包括了用于安全加密或者认证的密钥的初始化、建立、连接共享、分配和更新撤销等一系列协议或者管理流程。经过仔细分析，课题中主要存在三个任务重点。其一，设计出该基于多叉编码树的无线传感器网络节点ID编码方式；其二，构建基于多叉编码树的无线传感器网络ID认证机制，密钥管理和认证技术是无线传感器网络信息安全研究领域中的关键问题；其三，安装Matlab或者NS-2仿真工具并学习其使用方法，利用Matlab或者NS-2仿真工具进行仿真实验。三、初步拟定的执行方案（含具体进度计划请注意与任务书中的设计进度安排相符。）1全面理解课题和设计要求，完成开题报告 2周2深入调研和全面分析当前的身份认证方案 2周3构建基于多叉编码树的WSN ID认证初步方案 3周4学习和安装NS-2或者Matlab仿真平台 2周5进一步改进，在仿真平台上实现提出方案的性能特征 3周6整理资料，撰写论文，准备答辩 2周四、主要参考文献和资料1 黄海平, 沙超, 蒋凌云. 无线传感器网络技术及其应用M. 北京: 人民邮电出版社, 2010.2 黄海平. 无线传感器网络密钥管理和广播认证协议的研究 D. 苏州: 苏州大学博士学位论文, 2009, 11.3 赖溪松, 韩亮, 张真诚 著, 张玉清, 肖国镇 改编. 计算机密码学及其应用M. 国防工业出版社, 2001.4 黄海平, 王汝传, 蒋颢, 孙力娟, 李靖. 无线传感器网络TBCCA树形分簇算法J. 计算机研究与发展, 2009, 46(12): 2033-2043.5 张秋余, 苗丰满, 袁占亭, 王锐芳, 张启坤. 基于身份的ad hoc组密钥管理方案J. 通信学报, 2009, 30(10A): 85-92.6 黄海平, 王汝传, 孙力娟, 肖 甫. 基于逻辑网格的无线传感器网络密钥分配方案 J. 通信学报, 2009, 30(8): 131-139.7 曹雪菲. 基于身份的认证协议的理论及应用研究D. 西安电子科技大学博士学位论文, 2008.8 邓华等. MATLAB通信仿真及应用实例详解M. 北京: 人民邮电出版社, 2003.9 Cheng-Kang Chu, Joseph K. Liu, Jianying Zhou. Practical ID-based Encryption for Wireless Sensor Network A. Proceedings of the 5th ACM Symposium on Information, Computer and Communications Security C. Beijing, China, ACM Publisher, April 13-16, 2010: 337-340.10 Zhang Zhiming, Deng Jiangang, Jiang Changgen. ID-based key management strategies of clustering wireless sensor networks A. Proceedings of the 5th International Conference on Wireless communications, networking and mobile computing C. Beijing, China, IEEE Communications Society, Sep. 24-26, 2009: 3105-3108.11 Kejie Lu, Yi Qian, Mohsen Guizani, and Hsiao-Hwa Chen. A Framework for a Distributed Key Management Scheme in Heterogeneous Wireless Sensor Networks J. IEEE TRANSACTIONS ON WIRELESS COMMUNICATIONS, 2008, 7(2): 513-519.12 Manel BoujelBen, Omar Cheikhrouhou, Mohamed Abid, and Habib Youssef. A Pairing Identity based Key Management Protocol for Heterogeneous Wireless Sensor Networks A. International Conference on Network and Service Security (N2S 09) C. 24-26 June, 2009.13 CULLER D, Estrin D, Srivastava M. Guest Editors Introduction: Overview of Sensor Networks J. IEEE Computer Society, 2004, 37(8): 41-49.14Akyildiz L F, Su W L, Sankarasubrarnaniam Y, et al. A survey on sensor networks J. IEEE Communications Magazine, 2002, 40(8): 102-114.15Zhang W, Cao G. Group Rekeying for Filtering False Data in Sensor Networks: A Redistribution and Local Collaboration-Based Approach C. In Proceedings of IEEE Infoeom05. New York, 2005: 503-514.指导教师批阅意见本课题主要研究无线传感器网络中基于ID的认证机制，重点是研究可行的多叉树ID编码方案，并基于该方案，实现