无线传感网络安全通信的密钥预分配协议探讨

无线传感网络安全通信已逐步得到网络构架人员和研究人员的重视,密钥分配协议对于无线传感器网络的安全传输起着基础性作用。由于传感器网络大规模、节点资源非常受限、分布式等特点,传统的基于公钥和可信任的密钥分配中心等方式已不再实用,当前主要的传感器密钥分配协议都可认为属于预分配密钥管理协议。文中主要论述了目前比较典型的几类密钥预分配协议,并在该类协议基础上提出更高性能的多项式密钥预分配协议。     

数字电视网络传输中的组播密钥管理方案研究

一、引言当前,数字电视网络节点在部署之前,由服务器将密钥或者能产生密钥的信息预先配置在节点中。各个数字电视网络节点之问利用预先保存在其节点的信息,自组织、分布式建立密钥。由于节点存储和能量的限制,最简单的密钥协议就是所有节点共享一个密钥,但是如果一个节点被捕获并取出密码,安全将不复存在。国外著名专家Chan、Perrig、Song在EG协议基础上,提出了q复合模式、多路增强模式,以一定代价,有效地改进EG协议安全性能。当敌人捕获很少的节点时,q复合模式会体现出更好的安全性能;但是随着被捕获节点的增多,q越大,性能反而变差,q复合模式是以额外的计算负载为代价,提高安全性能。多路增强以额外的通讯负载为大家,比较好地提高了安全性能,但多路径增强密钥模型以增加通讯开销为代价,提高了安全性能,是不是划算需要看具体的应用。分析表明,在相同的存储空间的支持下,模型效果可以达到让数字电视网络拓扑实现安全连通,且该模型比随机密钥对模型表现更好。c．Blundo提出的密钥对生成模型是根据定义在有限域F（q）上的一个二元t次多项式f（X,y）完成的。F（x,Y）需要满足对称特性,     

一个新的类FEISTEL密码方案

分析了RSA和DES的算法优点和安全弱点，设计了一个新的密码算法方案。该方案以类FEISTEL结构为基础增强了左右两半部分结构的安全设计，利用了RSA进行密钥分配，并以序列密码算法的生成原理改变了固定密钥的缺点。该新方案具有一次一密的特点，给破译者获得大量的明密文对造成了很大的困难，可较好地抵抗差分分析与线性分析，是一种安全性较强的加密方案。     

可扩展、全分布式的基于连通度定位算法在无线传感器网络中的研究与实现

提出一种全新的基于无线传感器网络中节点之间连通度的定位算法。该算法适用于大规模的非均匀分布的无线传感器网络。与现有的基于连通度定位算法不同的是,提出的算法是完全分布式的。传感器节点只需要得到邻居节点的信息既能进行自定位。这一算法具有较高的扩展性、有限的误差放大率和呈线性增长的计算量等优点。本算法不仅在理论上得到有效地证明,同时在实验环境中也有比较好的性能。     

无线传感器网络的流量自适应分簇算法协议

在分析LEACH路由协议算法的缺点的基础上,提出了一种用于无线传感器网络的基于流量自适应的TDMA分簇算法协议.该协议根据当前节点数据流量的变化,自适应地调整该节点在其簇内通信的时隙长度,减少节点空闲时消耗的能量和节点从睡眠到活跃状态来回切换的能量.仿真实验结果表明,与LEACH协议簇内时隙分配算法相比,运用这种新的时隙分配算法,可以节省节点的能量,提高网络的生存时间,改善网络性能.     

基于时空滤波的无线传感器网络抗差节点定位算法

针对无线传感器网络的最小二乘定位算法抗差性的不足,提出了一种基于时空滤波(STF)的抗差性加权最小二乘(WLS)节点定位算法--STLS.该算法基于空间域滤波的数据一致性检测算法利用相邻节点间必须满足的几何约束关系,采用优化矩阵操作,剔除粗差邻居节点,其计算复杂度为多项式的平方.通过使用具有2步收敛特性的DFP算法,最小化目标代价函数,实现节点的快速定位.实验结果表明,在均匀网格拓扑或各向异性C型网格拓扑下,该算法均可有效识别和剔除测距低估粗差点,其定位精度明显优于未进行空间一致性检测的加权最小二乘定位算法,当网络平均连通度较低时,该优势表现得尤为明显.     

基于连通可靠度约束的分簇算法研究

在研究了一些分簇算法基础上,提出基于连通可靠度约束的、适合大规模随机部署的快速成簇算法。仿真表明基于连通可靠度约束的快速成簇算法得到的分簇覆盖面广、簇头分布合理、稳定性强,与最小ID分簇及优化的最大连接数分簇算法相比,得到簇头数量少,分簇更合理,各成员节点与簇头的连通可靠度好,能保证网络的稳定性与健壮性,大大减少重构开销带来的通信代价,有利于均衡网络能量消耗,延长网络生命周期。     

基于室内传播模型的无线传感器网络节点部署策略研究

为保证在室内部署无线传感器网络节点时实现感知面积完全覆盖特定区域,在2．4GHz的ISM频段,依据对数距离模型,分析了因天线高度不同引起的节点有效覆盖面积的变化问题,讨论了有效通信半径与有效感知半径的关系。在传统的平面节点部署方法的基础上,提出了一种考虑天线高度等环境因素的室内无线传感器网络节点快速部署方案,定义了部署规则和补充规则,从而避免了因天线高度变化而引起的感知黑洞的产生。仿真和试验结果表明该方案可以有效保证规定区域的完全覆盖,具有应用价值。     

基于公共DF中继的认知无线电中继选择和功率分配

为提高认知无线电网络中主用户和次用户的通信质量,并可简单有效地利用中继节点来控制主用户和次用户之间的相互干扰,提出了一种基于公共中继的最佳中继选择和功率分配方案.首先,在认知无线电网络中建立了基于公共DF中继的无线通信模型;然后,根据无线通信理论推导出要优化的目标函数;最后,在保证主用户中断概率低于目标值的前提下,利用凸优化理论得出了模型中的最佳中继选择和功率分配方案.仿真实验结果表明,与常见的直接传输方案和功率平均分配的中继方案相比,本文提出的中继选择和功率分配方案提高了次用户的通信距离和速率,并且降低了主用户的中断概率,为更好地解决认知无线电网络中主用户和次用户的相互干扰问题提供了新的思路.     

一种新的分布式无线传感器网络定位方法

针对无线传感器网络节点能源受限的特征,以系统最小硬件开销为设计原则,提出了一种适用于基于测距的分布式定位方法(3/2-NANDB),该方法可在不增加单个独立节点硬件开销的情况下,利用附加的外部控制系统发射一个旋转定向波束充分挖掘节点间的冗余信息,有效排除节点位置的模糊性,从而可完全确定只有两个邻居节点的节点位置和部分只有一个邻居节点的节点位置,达到减少GPS携带节点数量、最大化网络内部可定位节点数目、扩大网络观察范围和延长无线传感器网络存活时间等目的.而利用该方法的节点二义性排除算法,还可以辅助其他现有的基于三邻居(3-NA)的定位算法提高整体定位性能.     

移动传感器网络的一种基于自适应扩散的时间同步协议

针对移动传感器网络中网络拓扑动态变化和通信链路不稳定的特性,提出了一种基于自适应扩散的时间同步协议(SDTS).该协议分为被动同步和主动同步两种同步方式,被动同步方式下已同步节点根据自身和网络当前的状态,以自适应变化的概率发布时间同步信息,未同步节点与同步信息的发布者实现同步;主动同步方式下已同步节点停止发送同步信息,未同步节点通过发送同步请求信息的方式来实现同步.该协议能够很好地适应移动传感器网络的网络特性,在通信开销、同步收敛速度和鲁棒性方面具有较好的性能.     

一种多源协作网络中轮询节点选择算法

针对放大转发(AF)的多源多中继两跳协作通信网络模型,提出了一种基于轮询分组调度算法的节点选择与用户调度策略.与之前所提出的中继选择选择算法相比,所提出的中继节点轮询分组调度算法,不需要额外的信令开销,复杂度低,并保证中继间的负载均衡.此外,为保证用户传输的公平性,提出一种结合多用户分集的轮询分组调度算法.最后在已选择的中继节点和所调度的源节点用户中引入分布式空时编码.仿真结果表明,该节点选择和用户调度算法能保证所有节点使用的公平性,并且结合分布式空时编码之后,可以提高频谱利用率,从而提高了系统性能.     

量子密码协议研究现状与未来发展

量子计算具有并行计算能力,在解决某些特定问题上展现出超越经典计算的能力;一旦大型量子计算机研制成功,基于计算复杂性假设的经典密码算法和协议,其安全性将受到严重挑战。量子密码是一种新型密码体制,相应安全性基于量子力学原理,因能对抗量子计算的攻击而受到广泛关注。本文聚焦量子密码近40年的发展历程,梳理了量子密钥分配、量子安全直接通信、量子秘密共享、量子身份认证、量子两方安全计算、量子保密查询等量子密码协议的研究进展和发展趋势,凝练发展过程中面临的技术与应用问题。分析表明,当前量子密码协议研究处于“量子密钥分配协议遥遥领先、其他协议有待突破”的不平衡状态,也是“其他协议难以突破”的瓶颈状态。着眼未来应用,针对数字签名、两方安全计算问题的实用化量子协议是亟需解决的核心问题。为此建议,量子密码与后量子密码研究应同步开展,加强“量子科技”“密码学”学科的交叉研究和人才培养,优化对相关基础研究的考核评价机制。     

无线传感器网络节点通信与定位综合信号设计

针对无线传感器网络中依赖于接收信号强度指示(RSSI)的极大似然定位算法易受环境噪声影响的问题,设计传感器节点的通信与定位一体化信号。对锚节点的激励信号设置较小的载波频偏并设计激励信号,将传输的数字序列与距离信息调制到一个信号星座图中,未知节点通过对信号的信息解调可以初步计算未知节点与锚节点间的距离。未知节点将初步的估计距离信息发送给锚节点来调节信号频偏,再次精细距离的测量准确度,最后采用极大似然法直接计算未知节点的位置。该方法是在一体化的通信信号中解调数字序列和距离信息,避免再将信号强度转化为距离的过程。仿真结果表明：节点的通信与定位综合信号可以一定程度上提高定位准确度,在不同的节点数、锚节点数、通信半径和信噪比下定位误差分别为22.44%、21.15%、19.18%和21.79%,可为节点定位提供一个简便的计算方案。     

基于遗传算法的传感器网络拓扑控制研究

无线传感器网络的首要设计目标是延长网络生命期,网络的拓扑控制是实现这一目标的支撑 基础。针对传统拓扑控制方案所获拓扑的连通冗余度高或结构健壮性低等弊端,将问题转化 为多判据最小生成树模型,提出了一种基于遗传算法的拓扑控制方案。仿真实验结果 表明,该方案可获得具有网络整体功耗低、结构健壮性高和节点间通信干扰小等特点的拓扑 结构,因而能够有效地延长传感器网络生命期。     

量子通信的前沿、理论与实践

量子通信是量子信息科学的重要分支,其中最重要的两个应用是量子密钥分发和量子隐形传态。量子密钥分发可为通信双方提供无条件安全的密钥分发方式,其理论安全性由量子力学规律保证。量子密钥分发因其无条件安全的特点受到广泛关注。本文通过对量子密钥分发的广泛调研,系统地介绍了量子密钥分发的主要内容、理论安全性证明现状和实际安全性证明现状,着重介绍了诱骗态方法和测量装置无关的量子密钥分发方案;同时针对量子密钥分发在信道衰减严重时面临的问题做了系统调研,介绍了目前学术界对该问题的主流解决方法,即量子中继或卫星中继;最后指出量子密钥分发已经由理论模型发展到实际系统,为后续开展量子密钥分发相关研究提供了有益参考。     

城市车联网中公交VANET的连通性估算方法

针对城市车联网中以公交车作为辅助中继节点的公交车载自组织网络(VANET)通信性能估算问题,提出了公交VANET网络连通概率模型来估算VANET的连通性、传输延时和连通延续时间。该模型根据区域车辆密度表征城市车流的间歇性中断特点,在分析天线高度和公交专用道对公交车通信能力和行驶规律的影响基础上,采用双斜率路径损耗模型和概率分析方法,按是否含有公交车节点分别建立道路上任意两车的直接连通关系,然后对公交专用道措施和公交车借助异构网络构成移动骨干网策略下公交VANET的通信性能进行估算分析。仿真结果显示公交VANET在低区域车流密度和远距离传输时的网络连通概率明显高于无公交车场景,且在车道数量较少以及公交车发车间隔较小时,改善效果更显著,此外,公交VANET传输延时和网络拓扑稳定性也有改善。     

基于海流运动的海洋传感器网络拓扑控制问题研究

针对海洋传感器网络中节点会随着海流运动漂流而离开初始位置产生节点迁移的问题研究了网络部署方法和拓扑形成策略.建立了海洋传感器网络模型和海流运动模型,分析了在典型海流运动中海洋传感器节点的迁移规律,并给出了海洋传感器网络的部署方法.此外,针对海洋环境中通信时延高、能耗大的特点还归纳了海洋传感器网络拓扑控制的目标需求,设计...     

一种改进的同构网络虚拟骨干形成算法与时钟同步应用

基于连通支配集构造无线传感器网络虚拟骨干,可以简化路由操作,并可提高广播效率。对Stojmenovic等学者提出的连通支配集分布式构造算法进行改进,大幅度降低了支配集尺寸和计算复杂度,并将之应用于DTMS时钟同步算法中,降低广播开销达60%以上。     

基于标记配对相干态光源的诱惑态方案及仿真分析

提出基于标记配对相干态光源(HPCS)的诱惑态方案,采用GLLP公式估算HPCS结合诱惑态方案的QKD性能。仿真结果表明:HPCS与诱惑态相结合方案的密钥产生率、密钥最大安全传输距离,非常接近量子密钥分配所能达到的理想极限值。