一种用于无线传感器网络的改进SPIN路由协议

合集下载

基于无线传感器网络SPIN协议的一种改进方案

第２期任秀丽等．基于无线传感器网络ＳＰＩＮ协议的一种改进方案【定义２】Ｓ：汇聚节点；【定义３】ｒ：每个传感器节点的内部计时器；【定义４】ｋ：时间阈值；【定义５】Ｒ。

：邻居节点。

执行过程描述如下：步骤１：数据源口广播查询包，获得它的所有邻居节点；步骤２：节点Ｄ的邻居节点Ｒ．（Ｒ，，Ｒ２，Ｒ∥一，Ｒ。

）以其能量和能否到达汇聚节点作为响应；步骤３：节点Ｄ接收到响应包后，对其所有邻居节点广播ＡＤＶ数据包（包含元数据），并启动计时器ｒ，赋予阈值乙。

，进行等待；步骤４：当Ｔ≤７Ｔ眦时，节点Ｄ接收到多个邻居节点发来的响应包，为了使网络的生存期延长，节点Ｄ从中选择具有高能量并可到达汇聚节点Ｓ的一个邻居节点Ｒ。

，向其发送数据；判断节点月。

是否为汇聚节点ｓ，若节点Ｒ。

等于节点ｓ，则传输成功，返同步骤６。

若节点Ｒ：不等于节点Ｓ，则把节点Ｒ：作为数据源Ｄ，返回步骤１继续执行；步骤５：当Ｔ＞ｚ二时，节点Ｄ没有接收到任意一个邻居发来的响应包，则节点Ｄ从获得的响应消息步骤２中，根据能量的均衡性，选择一个可到达汇聚节点Ｓ的邻居节点Ｒ。

作为转发消息，把节点Ｒ，作为数据源Ｄ，返回步骤１继续执行；步骤６：汇聚节点Ｓ接收到所需的数据，程序终止。

４仿真研究与性能评价为了评价本文提出的ＳＰＩＮ—Ｇ路由协议的性能，进行了仿真实验。

仿真工具采用ＵＣＬＡ开发的无线移动网络仿真环境ＧｌｏＭｏＳｉｍ”。

，它是基于Ｐａｒｓｅｃ语言的可扩展的仿真工具，通过节点集成和层集成可以对大规模的无线通信网络进行高可信度仿真。

采用一个常用的传感器网络模型进行仿真分析，其主要参数设为：网络规模有２００个节点．均匀分布在１５０ｍ×１５０ｍ的区域里。

数据包的大小为６４Ｂｙｔｅ，传输速率为１ｐａｃｋｅｔ／ｓ，ＭＡＣ层采用８０２．１１ＤＣＦ坍议，无线传输距离为２０ｍ，时间闽值设置为０．０５ｓ，仿真时间为３００ｓ，仿真次数为１０次。

仿真的业务模型主要采用基站模式，基站模式是传感器网络中一种广泛应用的模式，其拓扑结构如图３所示。

无线传感器网络SPIN路由协议改进的方法

计算机与现代化　2007年第3期J I S UANJ I Y U X I A NDA I HUA总第139期文章编号:100622475(2007)0320093204收稿日期:2006204227基金项目:国家自然科学基金资助项目(60373062)作者简介:范武(19782),男,江西九江人,南昌大学硕士研究生,研究方向:计算机网络安全,无线传感器网络;李力(19582),男,江西上高人,南昌大学计算中心副教授,研究方向:计算机网络安全。

无线传感器网络SP I N 路由协议改进的方法范　武,李　力(南昌大学计算中心,江西南昌330029)摘要:无线传感器网络是计算机科学技术的一个新的研究领域,是传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术相结合的产物,具有广阔的理论研究和应用前景。

本文对一种无线传感器网络路由协议SP I N 作了分析,并针对无线传感器网络的特点进行了一些改进工作,解决了“路由选择盲点”和“数据发送盲点”问题。

关键词:无线传感器网络;网络层;路由协议;SP I N 中图分类号:TP393.04 文献标识码:AResearch on SP I N of W i reless Sen sor NetworksF AN W u,L IL i(Computing Center of Nanchang University,Nanchang 330029,China )Abstract:W ireless sens or net w orks are a ne w research field of computer science and technol ogy .They are the integrati on of sen 2s or techniques,nested computati on techniques,distributed computati on techniques and wireless communicati on techniques and have a wide research and app licati on future .This paper analyzes SP I N (sens or p r ot ocol f or inf or mati on via negotiati on )detailed 2ly,ai m ing at doing s ome a meli orati on at the characteristics ofW S N and res olves,the p r oble m s of “r oute choice blind point ”and“data trans m issi on blind point ”.Key words:wireless sens or net w orks;net w ork layer;r outing p r ot ocol;SP I N0　引　言近年来微机电系统(ME MS )和低功耗高集成数字设备的发展,导致了低成本、低功耗、微体积传感器节点的出现。

基于无线传感器网络的SPIN路由协议改进方法

2. 2 REQ 阶段某个邻居节点 vi 收到 ADV 消息后, 它首先读取消息中
的 m eta 字段, 如果对其所描述的数据内容感兴趣, 就会检查自己的缓存, 看之前自己是否收到过或者请求过这条消息。如果都没有, 进入下一步, 查看自己的邻居列表, 确认 S 是否是自己的邻居, 如果是, 则利用与之共享的密钥重新生成 MA Ci, 并与 M AC 列表中对应于自己位置的 MA C进行比较, 要是两者相同, vi 就认为 ADV 消息是正确的。如果以上检查过程中有任意一步失败, vi 就会将 ADV 消息丢弃。接下来, vi 会生成一条 REQ 消息, 并将其发送给 S 请求该份数据。 2. 3 DATA 阶段
本文重点讨论了信息协商的传感器协议 ( sensor pro to co ls fo r inform ation v ia negotiation, SPIN ), 并提出了一种改进的 SP IN 协议 M SP IN。在 SP IN 基础上加入安全机
制, 并将广播改为播, 在 ADV 消息中加入目标节点列表, 并对 M SP IN 协议在节点的能量消耗和安全性方面进行了分析, 结果表明: M SP IN 协议不仅提高了安全性, 而且, 还平衡了节点的能量消耗, 延长了网络的生命周期。 1 无线传感器网络的 SP IN 协议
因为通常情况下, 一条 ADV 消息可能有多个目的节点, 很明显的, 为每一个目的节点单独生成一个 M AC 会导
致 M SPIN 协议的 ADV 消息长度大大超过原来 SP IN 协议中的 A DV 消息, 这又会导致 M SP IN 协议的通信开销大大增加, 从而影响节点乃至整个网络的寿命。为了弥补消息长度增加带来的通信开销问题 , 本文对 ADV 消息的发送和接收方式做出一定的优化, 借此能够节约一些通信过程中消耗的能量, 从而延长节点和网络的生命周期。

基于无线传感器网络SPIN路由协议的另一种改进方法

⑥
２１ＳｉＴｃ．ｎｒ０２ｃｅｈＥｇｇ．．
基于无线传感器网络ＳＩＰＮ路由协议的另一种改进方法
韩春霞王琳杰
（仁学院数学与计算机科学系，算机应用技术研究所铜仁５４０铜计，５３０）

ＷＳ是集信息采集、息传输、息处理于一体的Ｎ）信信综合智能信息系统，有广阔的应用前景（军事具在
国防、工农业、市管理、物医疗、境监测、险城生环抢
的技术研究提出了新的挑战，特别地设计有效的策略延长网络的生命周期已成为无线传感器网络的
三元世界的连通。
的、适用于ＷＳ的信息分发协议。ＳＩＮＰＮ重点在于
将单个传感器的观测结果数据高效分发到网络中
的所有传感器节点，将所有传感器节点当做可能的
中心节点来处理。ＳＩＰＮ协议引入关键技术：商和协
技术基金（０２３６资助２１２１）
第一作者简介：韩春霞（９２１８一），，女硕士，师，讲研究方向：网络安全与信息技术应用。Ｅｍｉ４２３１＠ｑ．ｏ－ａｌ８４４７ｑｔｍ。：
及Ｍｅ－ａｔＤｔ）ｅａ头。具体实现过程描述如图１。
网络生命周期。
关键词
无线传感器网络
路由协议
ＳＩＰＮ

无线传感器网络的路由协议设计与优化

无线传感器网络的路由协议设计与优化随着科技的不断进步，无线传感器网络的应用也得到了越来越广泛的应用，例如环境监测、能源管理、安全监测等领域。

因为无线传感器节点具有无线通信、自主性和智能化等特点，可以在复杂、动态和恶劣的环境中完成数据采集和传输。

但是，由于无线传感器节点不具备很强的计算能力和电力，因此设计一种高效的路由协议对于无线传感器网络的性能提升非常重要。

本文将探讨无线传感器网络的路由协议设计和优化。

一、无线传感器网络的路由协议分类在无线传感器网络中，路由协议是传感器节点之间数据传输的关键。

目前常见的无线传感器网络路由协议主要有以下几种类型：1. 基于跳数的路由协议：该路由协议常用于较小的无线传感器网络中，通过指定最短距离的方式将数据传输到目标节点，跳数末尾的节点即为目标节点，但这种协议容易受到动态环境的影响。

2. 基于质量的路由协议：该路由协议根据传感器节点之间信号的强度、质量和耗能等信息进行路径选择，在信号强度较低、干扰较严重的环境中表现出更好的性能。

3. 基于地理位置的路由协议：该路由协议通过传感器节点的位置信息，根据距离和几何形状选择最优路径，可以降低路由开销，并且易于实现。

二、无线传感器网络的路由协议优化为了提升无线传感器网络的性能，需要对路由协议进行优化。

下面列举了一些可行的优化策略：1. 简化路由协议：一些比较复杂的路由协议可能会使传感器节点的计算负载过重，这会导致路由延迟和能源消耗的增加。

因此，可以将协议简化，简化路由计算量，提高路由效率。

2. 优化路由协议算法：在路由协议设计过程中，可以采用一些高效的算法，如Dijkstra、A*和Ant Colony等算法优化路由协议算法，提升网络性能。

3. 均衡路由开销：如果一些节点的负载较高，则可能会导致能源消耗和延迟增加。

因此，在设计路由协议时，需要将负载均衡考虑进去，确保节点负载均衡，提高网络性能。

4. 路由选择干扰较低的路径：在信号干扰相对较高的环境中，选择干扰较低的路径可以降低数据传输误码率，从而提高无线传感器网络的性能。

一种新的无线传感器网络安全路由协议

ｐａｃｋｅｔｓａｎｄｅｘｔｅｎｄｓｔｈｅｌｉｆｅｃｙｃｌｅｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ．
（桂林电子科技大学计算机科学与工程学院，广西桂林５４１ｓｉｐｉｎｇ协议中存在信息重叠、没有考虑到节点能量利用率和网络传输安全等问题，根据
图论中Ｐｉｒｍｓ或者Ｋｒｕｓｋｌ算法来生成最小生成树的思想，ａ在改进的最小生成树算法前提下，提出了一种
２０１３年第３２卷第ｉ期
传感器与微系统（ＴｒａｎｓｄｕｃｅｒａｎｄＭｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）
３３
一
种新的无线传感器网络安全路由协议
蒋华，曾梅梅
ＪＩＡＮＧＨｕａ，ＺＥＮＧＭｅｉ — ｍｅｉ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＧｕｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｉｃｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕｌｆｉｎ５４１００４，Ｃｈｉｎａ）
传感器网络能量高效的安全路由（ＥＥＳＲ）方案，引入了节点的可信度和能量值来作为图中边的权值，充分
地考虑到能量的利用，同时防止了恶意节点篡改、丢弃数据包。实验结果表明：该方法提高了网络能量利

无线传感器网络路由协议的优化与改进

无线传感器网络路由协议的优化与改进无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是由大量节点组成的分布式网络，每个节点可以采集、处理、传输数据，同时也能与周围环境交互。

在近些年的发展中，无线传感器网络越来越受到了各个领域的关注和应用。

在无线传感器网络中，路由协议是其中一个最重要的组成部分，它决定了节点之间的通信方式和数据传输路径，因此对网络性能的影响也是极大的。

本文将介绍无线传感器网络路由协议的基本原理、分类和常见的优化方法，并探讨未来路由协议的发展趋势。

一、无线传感器网络路由协议的基本原理路由协议是无线传感器网络中的一种基本机制，它是指根据某种约定，使节点之间按照一定的方式相互协作，找到目的节点或转移数据的一种规则和过程。

无线传感器网络中的路由协议主要分为以下两种：1、平面路由协议平面路由协议是一种基于平面网络结构的协议，所有节点都在同一平面内，通过规定节点之间的距离和位置关系，来确定节点之间的通信方式和路径。

平面路由协议具有较低的路由延迟和较高的网络容量，但是节点之间的位置信息对网络的影响较大，且易受到节点故障和移动的干扰。

2、分层路由协议分层路由协议是一种基于分层网络管理结构的协议，它将整个网络分为不同的层次，每一层次都有独立的路由协议和管理机制，从而分担网络管理的负担。

分层路由协议能够有效的减少网络中节点的通信量和路由计算的复杂度，提高网络吞吐量，但是节点之间的某些信息难以被合理利用，需要通过上层的节点进行管理和协助。

二、无线传感器网络路由协议的分类在无线传感器网络中，路由协议按照其策略和方式的不同，可以分为以下几种类型：1、基于分簇的路由协议基于分簇的路由协议是指将整个网络分为多个簇，并按照某种方式选择簇头节点，其他节点都归属于某个簇内。

在簇内节点通信时直接通过簇头节点进行转发和接收，从而减小了网络通信开销，降低了路由中继节点的数量，提高了网络生存时间。

2、基于数据生产和消费的路由协议基于数据生产和消费的路由协议是指根据节点产生和消费数据的位置和需求，构建路由路径和传输策略的一种协议。

无线传感器网络SPINS安全框架协议

线传感器网络发展和缺陷
的密钥管理则是使用节点预分配与密钥协同工
作，从而完成节点的协商和更新。通过对于密
无线传感器网络的智能化发展主要体现钥的管理，可以使无线传感器网络拥有可用性、点密度高、网络规模大以及通过传感节点完整性和机密性之外还将拥有可拓展性、有效行信息获取和处理等方面。然而受到环境化的制约，无线传感器网络的安全性却存
分有限，无法应用相对复杂的协议和算法，
性和密钥的连接性和抗毁性。其中可拓展性表现在节点扩大的情况之下，密钥管理方案和协应；有效性则表现在节点存储和通信能力在受限情况下仍然可以考虑存储、计算、通信复杂度等各方面情况；而连接性和抗毁性则在于链接通常和信息保护。ＳＰＩＮＳ安全框架协议对于无线传感器网络的实现技术在于ＳＮＥＰ字协议的ＲＣ５分组加解密算法和ＴＥＳＬＡ的消息广播认证算法。
４结论
综上所述，在无线传感器网络的安全化
发展道路当中，需要进行安全协议的选择和密
多问题。首先，节点计算能力和存储容量议方案可以与无线传感器网络的规模变化相适
安全性较高、最为理想的认证体系公钥密无法应用其中。而传感器网络利用的无线信道却缺乏保护，存在窃听、恶意路由、
的安全性保障。本文通过对ＳＰＩＮＳ
安全框架协议的优劣势进行分析，从而梳理出无线传感器网络安全未来的发展趋势。

无线传感器网络SPIN路由协议的研究的开题报告

无线传感器网络SPIN路由协议的研究的开题报告一、研究背景及意义无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSNs）是一种由多个互相连接并具有感知、数据处理、通信和控制能力的微型传感器节点组成的网络系统。

在WSNs 中，节点之间的无线通信是最基本的操作之一。

传统的路由协议往往考虑的是在网络中数据的传输效率，但是在WSNs中，不仅需要保证数据传输的效率，同时还需要考虑节点能源的限制，因此WSNs中的路由协议需要解决节点能源受限的问题。

SPIN（Sensor Protocols for Information via Negotiation）是一种基于节点自组织、协商的路由协议。

该协议采用激活和休眠的方式，在信息采集的同时减少能量消耗，从而延长节点寿命。

因此，SPIN协议在WSNs中具有重要的应用和研究价值。

二、研究目的和研究内容本次研究的主要目的是对SPIN路由协议进行深入研究，探讨其在WSNs中的优势和应用价值。

具体研究内容如下：1. SPIN路由协议的设计原理和工作机制。

2. SPIN协议中节点的交互方式及其协议。

3. SPIN协议的能耗分析和性能评估。

4. SPIN协议在WSNs中的应用实例研究。

三、研究方法本次研究的主要研究方法包括文献调研、实验分析和模拟仿真。

1. 文献调研：对SPIN协议的相关文献进行深入的调研和归纳，了解协议的设计原理、应用场景和相关技术。

2. 实验分析：通过对SPIN协议在实际环境下的实验，探讨其能耗控制、数据传输效率等方面的性能表现。

3. 模拟仿真：通过采用仿真软件NS-2或者OMNET++等，结合实验数据进行理论分析，进而优化和改进SPIN协议的性能表现。

四、研究预期成果通过本次研究，将得到以下预期成果：1. 对SPIN协议的设计原理、工作机制和实现方法进行深入研究，了解其优势和不足之处。

2. 对SPIN协议在WSN中的应用价值进行探讨，提出相应的改进方案和实现方法。

无线传感器网络中改进的HeeD路由协议

基于簇的协议设计将大量的数据通信和融合限制在了簇内（本地）从而降低了能量消耗，，并满足了可扩展，易组织的要求。ＷＳＮ分簇路由协议设计的首要目标是通过高效的分簇算法形成合理的网络结构，通过主动的能量管理阻止网络连通性下降，延长网络的生命周期。因此，能量消耗成了通信连接性能好坏，网络运行周期长短的主要决定因素，Ｎ的整体性能高度ＷＳ
ＫｅｙＷＯｒｄｓ：ＷＳＮ：ｌｔｒｎｎｔｒｌｅｉｃｕｓｅｇ：ｅｗｏｋｉｔｍｅｉｆ
摘
要：在无线传感器网络的路由技术中，基于簇的路由算法在拓扑管理、能耗利用、数据融合等方面都有较强的优势。在分析
Байду номын сангаас
ＨｅｅＤ协议的基础上，出了Ｈｅ提ｅＤ算法存在的问题，并相应地修改了成簇算法，增强了算法的健壮性。同时通过反应式的广播各
Ａｐｌａｉｎ，０７，３２：６ — ６．ｐｉｔｏｓ２０４（５）１５１７ｃ
ＡｂｔａｔＡｓｆｒｒｕｉｇｔｃｎｌｇｎｉｌｓｅｓｒｎｔｒｃｕｔｒｂｓｄｒｕｉｇｐｏｏｏｓｅｃｌｉｎｔｒｏｏｏｙｍａａｅｓｒｃ：ｏｔｅｈｏｏｙｉｗｒｅｓｓｎｏｅｗｏｋ，ｌｓ — ａｅｏｔｒｔｃｌｘｅｎｅｗｏｋｔｐｌｇｎｇ — ｏｎｅｅｎ
关键词：无线传感器网络；成簇；网络生命期文章编号：０２８３（０７２ — １５０文献标识码：中图分类号：Ｐ９１０ — ３ｌ２０）５０６— ３ＡＴ３３

电子论文-无线传感器网络SPIN协议的改进及验证

无线传感器网络SPIN协议的改进及验证宁亮，马旭东，张志鸿(郑州大学信息工程学院，河南郑州，450001)摘要：在无线传感器网络中，对SPIN协议的研究主要是通过仿真进行的，很少有对其进行形式化验证。

本文在SPIN协议的基础上进行改进得到了适用于有损网络的协议——SPIN-E 协议，并使用有色Petri网对SPIN-E协议进行形式化建模，通过CPN Tools对协议的活性、可达性、有界性等特性进行了分析和验证。

关键词：有色Petri网；SPIN协议；SPIN-E协议；建模；CPN分析工具中图分类号：TP393 文献标识码：AImproved SPIN of Wireless sensor networks and its VerificationNING Liang, MA Xu-dong, ZHANG Zhi-hong（School of information engineering, ZhengZhou University, ZhengZhou, 450001,China）Abstract: In the wireless sensor networks, SPIN protocol has mainly been studied by simulation, there is less study with formal methods. In this paper we give a modified protocol SPIN –E based on SPIN, it can be adapted to work in lossy networks, and use Colored Petri Net to model SPIN-E, verified the model by CPN Tools, proved that the protocol has characterristics of liveness, reacha- bility and boundedness.Keywords: colored petri net; SPIN; SPIN-E; modeling; CPN tools1.引言无线传感器网络[1]将逻辑上的信息世界与客观上的物理世界融合在一起，被认为是对21世纪产生巨大影响力的技术之一。

无线传感器网络SPIN路由协议改进的方法

０引言
机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端，而真正实现 “ 处不在的计从无理念。近年来微机电系统（ＭＳ和低功耗高集成数算 ” ＭＥ）由于ＷＳｓ需要任何固定网络的支持，有快Ｎ不具字设备的发展，导致了低成本、功耗、体积传感器低微速展开、毁性强等特点，抗引起了人们的广泛关注，它节点的出现。这种微传感节点由传感单元、数据处理地震与气候预测，下、地深水以及单元、信单元和便携式电源组成，通能完成数据采集、在环境与军事监控，外层空间探索等许多方面都具有广泛的应用前景。信号监测和传送信息的任务。无线传感器网络Ｎ是信息感知和采集的一场革命，２是ｌ（ｒｌｓＳｎｏｅｗｒｓＷＳｓ就是由一组传感器可以说ＷＳｓＷｉｅｓｅｓｒＮｔｏｋ，Ｎ）ｅ世纪最重要的技术之一。节点通过无线介质连接构成的无线网络 … ，采用它网络的设计必须以提高系统的能量效率为首要ａｏｄｈｃ方式配置大量微型的智能传感节点，过节点通的协同工作来采集和处理网络覆盖区域中的目标信目标。基于这个目标，层协议设计的原则为：理各物息。ＷＳｓ当前国际上备受关注的、Ｎ是由多学科高度层的能量效率设计是通过对具体物理层技术的改造交叉的新兴前沿研究热点领域，它综合了传感器技来实现的，些技术包括：这高能效的调制技术、编码技术、入式计算技术、嵌现代网络及无线通信技术、分布术、速率自适应技术、作多输人多输出（ＭＯ）协ＭＩ技式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感术等。媒体访问控制（Ａ层的能量效率设计的主ＭＣ）器协作地实时监测、知和采集各种环境或监测对象要因素包括：感减少数据包的竞争冲突、小控制数据减的信息，通过嵌人式系统对信息进行处理，并通过随包开销、少空闲监听时间和避免节点间的串音。对减

无线传感网中spins协议的分析与改进

摘要无线传感器网络是一种新兴的无线网络，集成了监测、控制以及无线通信等多项功能，因为低成本性和灵活的部署性质而得到了广泛应用。

但是由于无线传感器网络的节点数目众多，且通常被部署在非常复杂的环境中，它将面临更多的安全威胁。

因此，我们必须为其设μ两个部分，是目前计合理的安全防护机制。

本文所研究的SPINS协议包括SNEP和TESLA可选择的传感器网络安全框架之一。

SPINS是当前安全协议框架中比较实用的WSN安全方案，它对数据的安全性、新鲜性、完整性和可认证性等方面都进行了充分的表述。

作为一个协议框架，SPINS本身并没有对其中使用的各种密码算法进行定义，本文针对不同需求对SPINS进行定义，解决了无线传感网的许多安全问题。

首先，本文对无线传感器网络的安全问题进行了简单的综述，具体介绍了SPINS安全协议框架，并且将其与其他几种安全协议框架进行了性能比较。

在此基础上，本文对SPINS安全协议框架中的关键实现技术进行了深入的系统研究。

本文结合无线传感器网络的具体特点，对各种加密算法分析比较后，选择了适合SPINS的底层实现算法，并对此进行了软件实现。

其中，消息的加密用RC5-CTR算法实现，保证点到点通信的机密性、可认证性和新鲜性；消息的认证用RC5-CBC算法实现，保证点到点通信和广播通信的消息完整性；此外，MD5单向散列函数用于单向密码生成和随机数发生器，保证点到多点广播通信密钥的安全性。

密码算法选定并软件实现后，本文对SPINS安全协议框架中的部分缺陷提出了改进方法。

本文通过在NS2仿真器中设置两个场景，分别对SNEP协议的机密性、数据认证安全性，μ协议的广播认证安全性以及不同条件下广播报文速率的稳定性进行了仿真。

最后，对TESLA仿真结果进行数据分析，验证了本文中给出的底层实现算法有效地实现了SPINS协议框架的安全性，保证了网络的安全通信。

关键词：无线传感网，SPINS安全协议框架，安全机制AbstractWireless sensor network is a new application network and with broad application prospects. Recent years, the wireless sensor network receives much attention and application, its security becomes even more prominent. SPINS security protocol is one of the earliest security frameworks of the WSN, and the data confidentiality, integrity, freshness, and authentication have been fully taken into account. However, SPINS is only a framework, it doesn’t refer to the specific security mechanisms and cryptographic algorithms. In the specific application of SPINS, it is necessary to take a number of specific issues into account.This paper first discusses wireless sensor network, its security threats and requirements, then focuses on the security frame protocol SPINS. According to the specific characteristics of wireless sensor networks and comparative analysis of various cipher algorithms, this paper chooses the bottom layer algorithms for SPINS and simulated by software. Among them, the RC5-CTR block cipher algorithm is used to implement message encryption, ensure the confidentiality of point-to-point communication, authentication and freshness; RC5-CBC algorithm is used to achieve message authentication, ensure message integrity of point-to-point communication and broadcast communication; the MD5 hash function is used for a one-way password generation and random number generator, which will ensure that key security of point-to-multipoint broadcast communications. Finally, this paper gives some efficient improvements on the SPINS protocol.On the basis of the realization of the basic cipher algorithm, this paper set two scenes in NS2 simulator, to simulate the confidentiality, security of data authentication of SNEP, the security of broadcast authentication, the stability of broadcast message rate under different conditions of respectively. The simulation results proved that the given underlying implementation of TESLAthe algorithm is effective to achieve the security of the SPINS protocol framework.Keywords：wireless sensor networks; SPINS protocol; security目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (I)第一章绪论 (1)1.1 课题的研究背景 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.3 主要研究内容及论文的组织结构 (3)1.3.1 主要研究内容 (3)1.3.2 论文组织结构 (3)1.4 本章小结 (4)第二章WSN网络安全及SPINS安全协议框架 (5)2.1 无线传感网络 (5)2.2 无线传感网的网络安全 (5)2.2.1 无线传感网的安全特点 (5)2.2.2 无线传感网的安全威胁 (6)2.2.3 无线传感网的安全目标 (7)2.3 SPINS安全通信框架协议 (8)2.3.1 SPINS协议概述 (8)2.3.2 SPINS安全协议与其它几种安全方案的比较 (9)2.4本章小结 (10)第三章SNEP协议关键技术研究及改进 (11)3.1 SNEP协议的安全机制 (11)3.1.1 SNEP协议的机密性 (11)3.1.2 SNEP协议的完整性和点到点认证性 (11)3.1.3 SNEP协议的新鲜性认证 (12)3.1.4 用SNEP协议完成节点间通信 (14)3.2 SNEP协议算法的选择 (15)3.2.1 SNEP加密算法的选择 (15)3.2.2 SNEP消息认证算法的选择 (16)3.2.3 SNEP密钥生成算法的选择 (17)3.3 SNEP协议编码实现 (17)3.4 SNEP协议的改进 (19)3.5 本章小结 (21)第四章μTESLA协议关键技术研究及改进 (22)4.1 μTESLA协议概述 (22)4.1.1 TESLA协议概述 (22)4.1.2 μTESLA协议基本思想 (23)4.2 μTESLA协议过程描述 (25)4.2.1 基站安全初始化 (25)4.2.2 节点加入安全体系 (26)4.2.3 数据包的广播认证 (27)4.3 μTESLA协议的算法选择 (28)4.3.1 单向密钥生成函数 (28)4.3.2 消息认证算法 (31)4.3.3 随机数发生器 (32)4.4 μTESLA协议编码实现 (33)4.5 μTESLA协议的改进 (35)4.6 本章小结 (37)第五章SPINS协议仿真实验 (38)5.1 NS2实验平台选择及简介 (38)5.2 仿真实验环境搭建 (39)5.2.1 NS2仿真软件的安装 (39)5.2.2 NS2仿真基本流程 (41)5.2.3 NS2内核修改 (43)5.3 仿真结果与性能分析 (46)5.3.1 SNEP协议仿真以及性能分析 (47)5.3.2 μTESLA协议仿真以及性能分析 (48)5.4本章小结 (51)结束语 (53)致谢 (54)参考文献 (55)第一章绪论1.1 课题的研究背景无线传感器网络(WSN: Wireless Sensor Network)是由大量电池供电、体积小、价格低、具有监测和无线通信能力的传感器节点组成。

基于无线传感器网络的SPIN路由协议改进方法

万方数据万方数据万方数据万方数据基于无线传感器网络的SPIN路由协议改进方法刊名：传感器与微系统英文刊名：TRANSDUCER AND MICROSYSTEM TECHNOLOGIES年，卷(期)：2010,29(3)1.Kulik J;Heinzelman W R;Balakrishnan H Negotiation-based protocols for disseminating information in wireless sensor networks[外文期刊] 2002(02)2.周贤伟;覃伯平基于能量优化的无线传感器网络安全路由算法[期刊论文]-电子学报 2007(01)3.王选政;李腊元;张伟华无线传感器网络路由协议的研究[期刊论文]-计算机应用研究 2009(04)4.杨光;印桂生;杨武无线传感器网络安全路由算法的研究与设计[期刊论文]-计算机科学 2008(05)5.庞辽军;焦李成;王育民无线传感器网络安全路由协议的设计与分析[期刊论文]-传感技术学报 2008(09)6.王潮;贾翔宇;林强基于可信度的无线传感器网络安全路由算法[期刊论文]-通信学报 2008(11)7.Cullar D;Estrin D;Strvastava M Overview of sensor network 2004(08)8.Lou W;Kwon Y H-SPREAD:A hybrid multipath scheme for secure and reliable data collection in wireless sensor networks 2006(04)9.Akyildiz I F;Su W;Sanakarasu Bramaniam Y Wireless sensor networks:A survey[外文期刊] 2002(04)10.Jamal N;Karaki A;Kamal A E Routing techniques in wireless sensor networks:A survey[外文期刊] 2004(06)11.裴庆祺;沈玉龙;马建峰无线传感器网络安全技术综述[期刊论文]-通信学报 2008(08)12.颜振亚;郑宝玉;林志伟无线传感器网络中机会协作传输及其性能研究[期刊论文]-电子与信息学报 2009(01)13.路纲;周明天;佘垄无线传感器网络路由协议的寿命分析[期刊论文]-软件学报 2009(02)14.韩培培;张申;张永政超宽带无线传感器网络性能分析[期刊论文]-传感器与微系统 2009(02)15.赵强利;蒋艳凰;徐明无线传感器网络路由协议的分析与比较[期刊论文]-计算机科学 2009(03)16.张文祥;马银花;郭继坤无线传感器网络路由算法的研究[期刊论文]-计算机测量与控制 2009(03)本文链接：/Periodical_cgqjs201003003.aspx。

基于无线传感器网络SPIN协议的一种改进方案

关键词：无线传感器网络；由协ｉＳＩ路Ｚ；ＰＮ：中图分类号：Ｐ９文献标识码：文章编号：００３３（０６０－０５０Ｔ３Ａ１０－２２０）２０３－９４
１引言
的通信协议体系结构主要包括物理层、数据链路层、
络的核心问题。
无线传感器网络通常运行在人们无法接近的恶
本文针对现有的无线传感器的路由协议ＳＩＰＮ存在的问题提出了一种改进方案，在仿真器上进行
了仿真，验证了方案是可行的。２无线传感器网络的协议体系结构及网络特点２１协议体系结构．
无线传感器网络与传统网络有显著的不同，其主要特征如下：
Ｓ＿ｎｎｆＩＰｒｍｅｅｓｉｏｅ－ｏｓｄ０１ｒｎｒＦｎｔｎＥｔｎｌｎｄｆｔｉｇｏＤａａｔｒＣｌｓｄｌｐＢｓｅ１Ｔａ￣ｅｕｃｉｓｈａｔｕＰｎｏｏｏ
维普资讯
计算机技术
化ｔｏ动ｎ仪ｍｅ２６ｈｅ（ｌ３ｕ３工ｎ及ｔｕ，Ｏ，ｉ）５ｔ自化表ｔｎＣ３２：— ０３ａＩｄ８ＣｎｒｌａｄＩｓｒｎｓｉｍｃｎｓｙｏｒ
基于无线传感器网络ＳＩ协议的一种改进方案ＰＮ
ＡｂｔａｔＢｓｄｏｅｅｔｔｎｏｏｔｌｄｐａｔＳｔｎｆｒｕｃｉｎｍｏｅ，ｔｏｒｅｓｌｔｎｎｆＩｓｒｃ：ａｅｎｔｓｍａｉｆｃｎｒｌｌｎ ’ ａｓｅｎｔｄｌａｍｅｄｆｅ－ｉｇｏＤｈｉｏａｏｅｒｆｏｈｏｔｈｆｕＰｃｎｒｌｒｌｓｄ１ｏｙｔｍｓｐｏｏｅ．ｙａｅａｅｃｒｅａｖｏｆｃｅｔａｐｏｃｔｅｔｎｆｒｕｃｉｎｏｏｔｌｓｉｃｏｅｐｓｓｏｅｎｏｅｉｒｐｓｄＢｖｒｇｏｒｌｔｅｃｅｉｎｐｒａｈ，ａｓｎｔｆａｉｉｈｒｅｆｏ

WSN中SPIN路由协议的改进

2012 年 3 月 5 日
3 SPIN 协议的改进
在报警监控、医疗[8]等应用中，数据必须第一时间到达 Sink 节点以便做实时分析。离 Sink 节点越远，跳数相对就越大，在 SPIN-MM 协议中增加了最小跳数发现阶段，用于计算每个节点到达 Sink 节点的最小跳数，在协商阶段，通过节点之间最小跳数大小的比较决定是否要发送 DATA，接收数据节点选择阶段用于选择下一跳节点，备份恢复阶段用于处理出现数据不可达的情况。
间，此参数用来测试改进的路由选择协议是否有效，是实时应用中路由协议的一个重要指标。
(3)平均消耗能量，是指不同数目的传感器节点在工作中所消耗的平均能量，此参数是衡量路由协议高效的一个重要参数。
88
计算机工程
4.3 结果分析图 3 给出了 3 种协议的 ADV 包总数对比。实验中，有
30 个传感器节点分布在传感区域内，当有一个事件发生时，由于限制了数据的转发方向，源数据都向 Sink 节点方向传送，因此在 SPIN-MM 协议中不同跳段的 ADV 包都有不同程度的减少，与 SPIN 协议、SPIN-M 协议相比，SPIN-MM 协议只需更少的 ADV 包就可以将 DATA 转发到 Sink 节点。
针对 SPIN-M 存在的问题，本文提出一种改进的协议 SPIN-MM。在该协议中，只选择一条到达 Sink 节点的路由，其余符合条件的节点仍可以保存下来充当数据不可达时的备份节点。
2 SPIN 协议
SPIN 协议[7]使用节点间的协商机制和资源自适应机制，使节点只广播其他节点所没有的数据，从而减少冗余数据，降低能量消耗，并解决了传统协议存在的“内爆”、“重叠” 以及盲目使用资源等问题。SPIN 协议采用三次握手来实现数据的交互，如图 1 所示，其中，灰色的节点代表当前状态有数据交互。协议运行过程中使用了 3 种报文数据：ADV，REQ 和 DATA。ADV 用于数据的广播，当某一个节点有数据可以共享时，可以用 ADV 数据包通知邻居节点，ADV 消息比实际的数据长度短，如果相邻节点中没有对该信息感兴趣的节

无线传感器网络节能路由协议的改进

ｎｅｔｗｏｒｋａｓｍｕｃｈａｓｐｏｓｓｉｂｌｅｅｘｔｅｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｉｆｅｔｉｍｅｏｆｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｔｕｄｙｔｏｂｅｃｏｍｅｏｎｅｏｆｔｈｅｈｏｔｓｐｏｔｓ．Ｔｈｉｓｗｉｒｅ－ｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓｅｘｔｅｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｉｆｅｔｉｍｅｏｆｔｈｅｉｓｓｕｅｓｉｎｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇｔｗｏａｓｐｅｃｔｓ：Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｗｅｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅｐｒｏｔｏｃｏｌａｂｏｕｔ，ｎｕｍｂｅｒ（ＩＤ）．Ｓｅｃｏｎｄ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＬＥＡＣＨｐｒｏｔｏｃｏｌ，ｗｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｎｏｐｔｉｍａｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｔｈｅｎｏｎ－ｃｌｕｓ－
感器网络需要考虑的首要因素，分簇的路由算法将网络内的会集中在一个很小的区域，一些节点为了与簇头通信而必须
ＬＥＦＡＣＨ协议采用自组织的方式降低了能耗。但是对于无线传感器网络来说，它仍有很多不足之处。首先，采用随机选举方式产生的簇头不能保证在网络内均匀分布或者使整
理等功能。因为节点能量有限，如何节约能量消耗是设计传个网络在数据传输阶段消耗的能量最小。产生的簇头很可能
模块４部分组成（见图１）。
பைடு நூலகம்
Ｅｎｅｒｇｙ）协议、ＤｉｒｅｃｔｅｄＤｉｆｆｕｓｉｏｎ协议及ＬＥＡＣＨ协议等，它
们均各有自己的优劣。
ＬＥＡＣＨ协议是一种基于簇的路由协议，它运用以下技

一种用于无线传感器网络的改进SPIN路由协议

一种用于无线传感器网络的改进SPIN路由协议周然;李智【期刊名称】《计算机与数字工程》【年(卷),期】2012(40)6【摘要】由于无线传感器网络(WSN)节点的能量有限,因此尽量减少各节点的能量消耗,延长整个网络的生命周期,是无线传感器网络路由协议设计中考虑的主要问题.文章提出了一种改进的SPIN路由协议,取名为SPIN-Z,与现有的SPIN协议比较,其主要特点是通过减少整个网络冗余数据的传输来减少能量消耗.在NS2环境下进行仿真,结果表明SPIN-Z协议比SPIN协议更加节省能量.%Because of the limited energy of wireless sensor network(WSN)nodes, the major consideration of designing routing protocol is to reduce the energy consumption of each node and extend the lifetime of the network. This paper presents an improved SPIN routing protocol, which is named for SP1N-Z. Comparing with the existing SPIN protocol, the SP1N-Z protocol has an advantage which is reducing the transmission of redundant data to save the entire network's energy. In NS2 simulation, results show that the SPIN-Z protocol consume less energy than SPIN protocol.【总页数】3页(P136-138)【作者】周然;李智【作者单位】四川大学电子信息学院成都610065;四川大学电子信息学院成都610065【正文语种】中文【中图分类】TN925【相关文献】1.基于无线传感器网络的SPIN路由协议改进方法 [J], 邓长春2.一种基于LEACH的改进无线传感器网络路由协议 [J], 袁爱平;唐一韬;万灿军3.无线传感器网络SPIN路由协议改进的方法 [J], 范武;李力4.一种无线传感器网络路由协议LEACH的改进算法 [J], 李兰英;刘昌东5.基于无线传感器网络SPIN路由协议的另一种改进方法 [J], 韩春霞;王琳杰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

无线传感器网络SPIN路由协议改进的方法

无线传感器网络SPIN路由协议改进的方法
范武;李力
【期刊名称】《计算机与现代化》
【年(卷),期】2007(000)003
【摘要】无线传感器网络是计算机科学技术的一个新的研究领域,是传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术相结合的产物,具有广阔的理论研究和应用前景.本文对一种无线传感器网络路由协议SPIN作了分析,并针对无线传感器网络的特点进行了一些改进工作,解决了"路由选择盲点"和"数据发送盲点"问题.
【总页数】4页(P93-96)
【作者】范武;李力
【作者单位】南昌大学计算中心,江西,南昌,330029;南昌大学计算中心,江西,南昌,330029
【正文语种】中文
【中图分类】TP393.04
【相关文献】
1.基于动态路由的SPIN路由协议改进 [J], 冯立波;李全;张梅;罗桂兰
2.基于无线传感器网络的SPIN路由协议改进方法 [J], 邓长春
3.一种用于无线传感器网络的改进SPIN路由协议 [J], 周然;李智
4.基于SPINS的无线传感器网络低能耗安全路由协议 [J], 彭志娟;王汝传
5.基于无线传感器网络SPIN路由协议的另一种改进方法 [J], 韩春霞;王琳杰
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。