開題報告是學位論文的一個總體規劃和設計，是研究生學位論文工作的重要環節，以下是小編蒐集整理的碩士學位論文開題報告，供大家閱讀參考。
課題名稱：基於信任管理的WSN安全資料融合演算法的研究
一、立論依據
課題來源、選題依據和背景情況、課題研究目的、理論意義和實際應用價值
1、課題來源
國家自然科學基金資助專案（60873199）。
2、選題依據
無線感測器網路具有硬體資源（儲存能力、計算能力等）有限，電源容量有限，拓撲結構動態變化，節點眾多難於全面管理等特點，這些特點給理論研究人員和工程技術人員提出了大量具有挑戰性的研究課題，安全資料融合即為其一。雖然目前的研究已經取得了一些成果，但仍然不能滿足應用的需求。無線感測器網路是以資料為中心的網路，如何保證其資料融合的安全性還是一個有待解決的問題。基於此，提出了本課題的研究。
3、背景情況
微電子技術、計算技術和無線通訊等技術的進步，推動了低功耗多功能感測器的快速發展，使其在微小體積內能夠整合資訊採集、資料處理和無線通訊等多種功能。無線感測器網路就是由部署在監測區域內大量的廉價微型感測器節點組成，通過無線通訊方式形成的一個多跳的自組織的網路系統，其目的是協作地感知、採集和處理網路覆蓋區域中感知物件的資訊，併發送給資料處理中心或基站。感測器網路被廣泛的應用於軍事、環境監測和預報、健康護理、智慧家居、建築物狀態監控、複雜機械監控、城市交通，以及機場、大型工業園區的安全監測等領域。
感測器網路由大量感測器節點組成，收集的資訊量大，存在冗餘資料。感測器節點的計算能力、儲存能力、通訊能量以及攜帶的能量都十分有限，資料融合就是針對冗餘資料進行網內處理，減少資料傳輸量，是減少能耗地重要技術之一。感測器網路中，將路由技術與資料融合技術結合是一個重要的問題。資料融合可以減少資料量，減輕資料匯聚過程中的網路擁塞，協助路由協議延長網路的生存時間。因而可以資料為中心的路由技術中應用資料融合技術。在戰場等非可信環境或對可靠性要求非常高的環境中，資料融合也帶來了風險。例如，敵人可以俘獲節點獲取節點中的所有資訊，從而完全控制節點的行為，偽造和篡改資料。傳統網路中的安全技術需要大量的儲存空間和計算量，不適合能量、計算能力、儲存空間都十分有限的感測器網路。因此必須設計適合感測器網路具有較強安全性的資料融合技術。
4、課題研究目的
通過對無線感測器網路安全資料融合技術的研究，消除感測器中存在的大量冗餘資料，有效節省感測器節點能量消耗，延遲節點和網路的工作壽命，在有節點被捕獲成為惡意節點情況下，及時檢測惡意節點，消除惡意節點發送的惡意資料對資料融合的不良影響，保障了感測器網路資料融合過程的可靠性，維護感測器網路的正常工作。
5、理論意義
無線感測器網路安全技術的研究涵蓋了非常多的研究領域，安全資料融合技術是其中一個重要研究課題。本文把信任管理機制加入到感測器網路安全資料融合過程中，研究設計一種感測器節點信任值的計算方法，有效識別節點狀態，實現可靠的資料融合。
6、實際應用價值
對於工作在敵方環境中的無線感測器網路，感測器節點容易被地方捕獲成為惡意節點，節點記憶體儲的金鑰等加密暴露，導致傳統的基於加密和認證的無線感測器網路安全措施失效，在這種情況下，本研究可以可以及時識別惡意節點，保證感測器網路資料融合的可靠性，有效減少網路負載，延長網路工作壽命。
二、文獻綜述
國內外研究現狀、發展動態；所閱文獻的查閱範圍及手段
1、國內外研究現狀、發展動態
感測器網路與眾不同的特點導致感測器網路與傳統網路有極大不同。感測器網路的安全資料匯聚是要解決加密傳輸和資料匯聚的協調問題，實現資料的安全處理和傳輸。傳統有線網路和無線網路的安全技術並不適用於感測器網路，這吸引了眾多研究人員研究適合感測器網路的安全技術，並且提出了許多適合感測器網路的安全技術。安全資料融合演算法是WSN安全性研究的重要方面，一直以來受到研究人員的重視，並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資料加密方法和廣播認證方法，為WSN安全性研究作出了基礎性工作。
（2）CAM H等人提出了一種基於模式碼的能量有效安全資料融合演算法，演算法用簇頭節點通過自定義的模式碼的選取來組織感測器節的傳送冗餘資料實現資料融合，並且使用同態加密體重保證了資料在傳輸過程中的機密性。改方法對於每類資料型別需要儲存和維護一個查詢表，一旦查詢表資訊暴露，該安全方案將會失效。
（3）Przydatek B等人提出的基於資料統計規律的資料融合演算法，演算法使用高效的抽樣和迭代的證明來保證有多個惡意節點發送錯誤資料的情況下，保證基站能夠判定查詢結果的準確性。但是該方法對於每種聚集函式都需要一個複雜的演算法，為證明資料準確性，聚集節點需向基站傳送大量引數，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現資料加密和安全資料融合。但是在感測器節的十分有限的情況下，使用公鑰密碼體系使節點能量消耗更加迅速，縮短網路的壽命。
WSN的信任管理是在WSN管理的基礎上提出的，主要研究對節點進行信任值評估，藉助信任值增強WSN的安全性。傳統的基於密碼體系的安全機制，主要用來抵抗外部攻擊。假如節點被捕獲，節點儲存的金鑰資訊將洩漏，使密碼體系失效。WSN信任管理作為密碼體系的補充可以有效的抵抗這種內部攻擊。將信任管理同WSN的安全構架相結合，可以全面提高WSN各項基礎支撐技術的安全性和可靠性。
近年來，WSN信任管理受到了越來越多的關注，取得了一定的研究成果。
（1）Ganeriwal等人提出的RFSN是一個較為完整的WSN信任管理系統，該模型使用直接資訊和堅決資訊來更新節點的.信譽，節點根據得到的信譽資訊來選擇是否和其他節點合作。可以建立僅由可信節點組成的網路環境。
（2）Garth等人中將信任管理用於簇頭選舉，採取冗餘策略和挑戰應答手段，儘可能的保證選舉出的簇頭節點為可信節點。
（3）Krasniewski提出了TIBFIT演算法將信任用於WSN容錯系統，把信任度作為一個引數融入到資料融合的過程中，提高對感知事件判斷的準確率，其提出的信任度計算方法比較的簡單。
無線感測器網路需要採取一定的措施來保證網路中資料傳輸的安全性。就目前的研究來看，對無線感測器網路安全資料融合技術和信任管理機制都取得了一些研究成果，但是如何使用信任管理機制保證安全的資料融合的研究並不多見，許多問題還有待於進一步深入研究。
2、所閱文獻的查閱範圍及手段
充分利用校內圖書館資源、網路資源以及一些位於科技前沿的期刊學報。從對文獻的學習中掌握足夠的理論依據，獲得啟發以用於研究。
三、研究內容
1、研究構想與思路
在本專案前期工作基礎上建立WSN三級簇結構模型，節點分為普通節點，資料融合節點（免疫節點），簇頭節點。在常規加密演算法的基礎上完成節點身份認證，通過訊息認證碼或數字水印技術保證感測器節點傳送資料的真實性。上級節點儲存下級節點的信任值，信任度的計算建立在傳送資料的統計分析之上。節點加入網路後先初始化為一定的信任值，每輪資料傳送時，接收節點收集資料後，量化資料的分佈規律，主要包括單個節點歷史資料分佈規律和節點間資料差異的分析，確定資料分佈模型（如常態分佈、beta分佈等），建立計算模型以確定節點間的信任值。信任值確定後，資料融合節點將普通節點按照不同的信任度進行分類，選取可信節點傳送的資料按查詢命令進行資料融合，將結果傳送到簇頭。簇頭同樣計算融合節點的信任度，保證資料融合節點的可靠性，計算最終資料查詢結果，使用Josang信任模型給出結果的評價。各資料融合節點之間保持通訊，通過對比資料的一致性確保簇頭節點的可靠。
2、主要研究內容
（1）設計有效的節點信任值計算方法，網路工作一段時間後，所有正常節點具有較高信任度，異常節點具有較低信任度，可初步判定為惡意節點。
（2）當融合節點或簇頭節點發生異常時能及時發現異常，並上報基站。
（3）過濾異常資料和惡意資料，儘量減少因節點被捕獲而對感知資料結果造成的影響。
（4）計算最終資料融合結果並且對最終資料融合結果做出評價來反映該結果的的可靠程度，供基站參考。
（5）進行演算法的能量分析。
3、擬解決的關鍵技術
（1）建立WSN一個簇內資料傳送的三層簇結構模型，節點密集部署。
（2）模擬工作過程中節點被捕獲成為惡意節點，惡意節點可能傳送和真實資料差別較大的資料，也能傳送和真實資料差別不大但會影響融合結果的資料。
（3）計算並更新感測器節點的信任值，分析信任值的有效性。
（4）記錄各節點傳送資料值，並與實際值進行比較，分析融合資料的準確性。測試當有較多節點被捕獲時演算法的工作效果。
4、擬採取的研究方法
查閱國內外大量有關無線感測器網路資料融合技術和信任管理技術方面的文獻，分析當前無線感測器網路安全領域的發展現狀與未來。借鑑在該領域已經取得的研究成果和經驗，系統而深入的研究在無線感測器網路資料融合中使用信任管理機制的主要問題。通過對已有的安全資料融合技術進行總結和分析，結合無線感測器網路自身的特點，設計出一種基於信任管理的無線感測器網路安全資料融合演算法。
5、技術路線
本課題嘗試使用信任管理機制來保障在無線感測器網路中實現安全的資料融合，在現有的對無線感測器網路安全資料融合技術的研究基礎上，與信任管理技術相結合，期望能夠對感測器網路安全資料融合提出有效的解決方案。針對課題中的技術難點，通過查閱資料、嚮導師請教以及與專案組同學討論的形式來解決。
6、實施方案
（1）在Windows平臺下使用omnet++4.0進行模擬實驗。
（2）建立無線感測器網路一個簇內資料傳送的三層結構模型，節點密集部署。
（3）模擬無線感測器網路受到攻擊時時的資料傳送，根據資料統計規律計算和更新節點信任值。
（4）把節點按信任值分類，檢測識別惡意節點。
（5）根據節點信任值選擇有效資料完成資料融合。
7、可行性分析
（1）理論知識積累：通過廣泛閱讀無線感測器網路資料融合技術方面的文獻形成了一定量的理論知識儲備，為課題的研究奠定基礎。
（2）技術積累：熟悉OMNeT++網路模擬軟體，具有一定的C++程式設計能力。
（3）技術合作：研究過程中遇到難以解決的問題時，可以向指導老師請教解決問題的基本思路。對專案相關課題有疑問時，可以向專案組同學請教。對實驗平臺的建立及使用有疑問時，可以和專案組同學共同討論解決。