孙东来——adhoc 网络介绍

硬件平台
有线网络通信模块 无线网络通信模块
鉴于802.11n及相关技术标准 的出台，以及考虑到项目的可 扩展性和发展，新的硬件平台 以ASUS WL-500W为基础， 采用嵌入式设计。因为其各方 面硬件参数都能符合要求。
无线网络安全实验室 无线网状网络的系统设计
系统软件设计 ☆
网状网络实现 应用层 协议层 驱动层 核心层 Click，系统脚本 sshd telnetd httpd socket通信 串口通信 iptables PPP协议 TCP/IP协议 JFFS文件协议 网卡驱动 串口驱动 Linux Kernel
车载自组织网络概述 ☆
无线传感器网络的应用服务 ☆
在VANET上开发的应用和服务可以分为以下三类:
(1) 道路交通安全类应用.它是最重要,最能体现VANET价值的应用,其中 包括主动事故告警,事故隐患提示等.能否有效地避免和减少交通事 故,取决于事故告警 信息是否可靠,快速,无差错地传播.目前, VANET研究大多都是针对这类应用,多使用可靠的广播机制实现事 故告警; (2) 交通状况查询.这类应用的作用是提高道路交通效率,改善车辆驾驶 条件.主要查询的信息包括车辆速度,密度,堵车情况,道路情况等;这 类应用对时延要求不高; (3) 信息服务类应用.比如高速公路缴费,移动办公,接入Internet,分布式 游戏等.这类应用在提供多样化服务的同时,也将加重网络负载.乘客 间的通信,多媒体传输,WWW信息服务等会在短时间内产生很高的 吞吐量,占用大量的带宽资源.
请各位老师同学 批评指正！ 谢谢！！
的连接
网络基础设施范围外
无线自组织网络概念初探 ☆
分布式结构
便携通用
可移动性
通信安全
自组织网络本身，就是在应用的需求下，以分布式的方式解决 网络问题的一种尝试。其中无线自组织网络因其本身物理限制 少，可以近乎无限自由地进行部署和使用而成为了自组织网络 多跳链路 自组织性 研究中的一个热点。
无线自组织网络起源 ☆
可能方案
使用新的信任传输机制和新的加密算法及加密设备。
可靠性问题的研究与分析 ☆
需 求
通过协议保障可靠性
研
究
引导 (Bootstrap) 问题 角色功能问题 命名问题 自组织部署问题 角色切换及可能带来的安全隐患
可能方案
借鉴和参考P2P网络、蜂窝无线网络上的身份相 关安全协议，找到合适的新的身份认证协议
无线传感器网络概念简介 ☆
无线传感器网络（wireless sensor network, WSN） 就是由部署在检测区域内大量的传感器节点组成， 通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网 络系统，目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖 区域中感知的对象信息，并发送给观察者。
互联网和 卫星 任务管理节点 用户
• •
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•
无线自组织网络若干关键特征 ☆
无论无线自组织网络如何更改其 结构，其多跳路由、无线传输、 自组织等关键特征是不会被更改 的，但是根据实际应用的不同， 它也有不同的典型模型
Internet
MPP STA
节点是否可以移动？
MP STA
节点是否有能量消 耗限制？
MP STA MP
第二部分 典型模型
•MIT Roofnet
– MIT Roofnet是麻省理工 学院计算机暨人工智能实验 室（MIT CSAIL）开发的 实验网状网络，目的是为剑 桥的用户提供宽带接入。 – 开始进行商业开发
无线网络安全实验室 无线网状网络的定义与演进
无线网状网络是一种技术演进 ☆ 无线网状网络与其他网络比较
无线网状网络 拓扑结构 控制方式 覆盖范围 设计目的 多点到多点（网 状） 分布式控制 城域覆盖 用户接入为主 移动Ad-hoc 动态拓扑 分布式控制 局部范围 用户间通信为 主 蜂窝网络 点到多点 集中式控制 覆盖广大地区 接入和通信同 时
无线网状网络功能应用软件
嵌入式Linux操作系统 引导与驱动系统 基于Asus WL500W无线路由器的硬件平台
无线网络安全实验室 无线网状网络的系统设计
硬件设计 ☆
核心处理模块
Roofnet等国外项目选择了 Netgear WGT634u作为其首 选平台，一方面是考虑到当 时此款路由器较为主流，另 一方面也在于其较为充足的 内存资源。
汇聚节 点
C B A
监测Βιβλιοθήκη Baidu区域
传感器节点
无线传感器网络特征 ☆
• 大规模网络
• 自组织网络 • 动态性网络 • 统计设计网络 • 应用性相关的网络
• 以数据为中心的网络
无线传感器网络的研究热点 ☆
Networking 如何在低性能平台上实现Ad Hoc网络自组织 Real time 由于操作系统的限制，没有完整的进程管理， 如何保证任务的实时性？ Power Limit 低功耗情况下完成系统功能
应用与身份安全问题，保证数据能够完成应用需求
可能方案
优化自组织路由协议，在可能的情况下以跨层的 自组织设计方案来解决可用性问题。重点在于分 析可控的物理层和链路层可能带来的优化
保密性问题的研究与结论 ☆
需 求
保证数据在沟通中不会泄密
研
究
加密机制问题 由无线自组织网节点送出的数据不被窃听或篡改是至关重要的。对无 线链路还有中间节点选用合适的轻量级加密机制能保障数据通信不被窃听。 多跳环境下的可信传输问题 无线子组织网是多跳网络，所以将所有的安全管理都集中一端的无线网 关将延缓网络对攻击的检测和应对，这将无疑会给攻击者带来好处，因此旧 有的安全策略将不再有效，针对分布式环境的可信传输问题需要着重研究。
通过在OpenWrt系统中进行层次化设计，在各个不同层次分别完 成软件设计，每层在下层功能的基础上添加新的功能，并与下层 一起向更上层提供服务。
第三部分 无线自组织网络 安全关键技术
无线自组织网络的安全问题 ☆
关无 键线 问自 能够保障网络在 题组 任何时间和地点都能使用 迫织 在网 眉络 保障网络内的节点的 睫的
更多可能问题 ☆
攻击检测与响应 网络可追溯可审查 无线自组织网络 网络可控性 鲁棒性与容侵性
无线自组织网络的物理和组网特性使得它本身在安全方面有着 巨大的脆弱性。但是其分布式特性也同样能够催生出很多全新 的思想和问题解决模型。上述的研究方面仅仅涵盖了无线自组 织网络研究的很小的一个方面，更多的内容将由大家去发掘。
CH 172
CH 174
CH 176
CH 178
CH 180
CH 182
CH 184
5.855
5.865
5.875
Frequency (GHz)
5.885
5.895
5.905
5.915
5.925
车载自组织网络的路由协议 ☆
路由协议可以分为三种类型:
1.表驱动(table-driven)的路由协议或主动的路由协议;
无线自组织网络缺点 ☆
• 特殊的无线信道特征 – 无线信道提供的网络带宽比有线信道低得多 – 竞争无线共享信道产生碰撞 – 信号衰落、噪声干扰以及信道之间的干扰等 终端的局限性 – 能量、存储、计算等资源受限 安全性差 – 无线链路的开放性 – 移动性导致节点之间信任关系的变化 可扩展性不强 – 节点之间的相互干扰造成网络容量下降 – 各节点吞吐量随网络节点总数的增加而下降 存在单向无线信道 – 终端发射功率的不同及地形环境的影响
2.源驱动(source-driven)的路由协议或反应式的路由 协议; 3.基于位置信息 (position-based information)的路 由协议.
无线网络安全实验室 无线网状网络的定义与演进
无线网状网络的产生和发展 ☆
无线网状网络是一种新型的公共 无线网络解决方案。它的拓扑是 任意的，就像Internet一样，从一 个点到另一个点的路由可能动态 变化从而提高可靠性。
车载自组织网络的特点 ☆ (1)车辆节点移动速度快, (2)车辆节点的分布受道路局限,呈现"管状"形态, 容量有限; (3)车辆节点的移动受到驾驶者行为的影响; (4)泛洪广播会阻塞数据包的传输;
(5)具有比较丰富的外部辅助信息支持,例如,使用GPS可以 获取节点的位置信息;
(6)车辆作为移动节点不受能量条件的限制,在建立路由时 不需要考虑节能因素等.
可靠性，明确其权限
保障用户通信的隐私 安解 全决 性，防止数据泄漏 可用性
无线网 状网络
保密性
可靠性
可用性问题的研究与结论 ☆
需 求
保证系统在任何情况下都可以正常使用
研
究
物理安全问题，需要提高物理信道在复杂环境下的可用性 链路层可用性问题，需要保证链路占用和获取
路由安全保护，保证路由总能最高效的到达目的节点
无线传感器网络的研究热点 ☆ 周边设备管理方面。一般传感器在同时执行多个任务 更省电，因为串行执行会导致一些周边设备不必要的 开关，开关频繁就导致更耗电。并行执行会带来数据 冲突的可能。 无线管理方面。传感器常用的方式是自动降低天线功 率到只能检测到carrier，检测到carrier后增大功率，来 检测packet。 处理器功率控制。传感器网络一般都会在检测到当任 务队列为空时，自动将处理器转入节能或睡眠模式， 当有中断时自动进入激活模式。
无线自组织网络特点 ☆ • 独立快速部署 – 不需要任何预先网络基础设施 • 动态拓扑 – 节点移动/开机/关机 – 节点无线发送功率变化、无线信道干扰或者地形 等因素影响 • 自组织 – 无控制中心 – 节点故障不会影响到整个网络
无线自组织网络特点 ☆ • 多跳路由 – 接收端和发送端可使 用比两者直接通信小 得多的功率进行通信， 因此节省了能量消耗 – 通过中间节点参与分 组转发，能够有效降 低对无线传输设备的 设计难度和成本，同 时扩大了自组织网络 的覆盖范围
无线自组织网络研究进展
孙东来 无线网络安全实验室
第一部分 自组织网络初探
无线自组织网络概念初探 ☆
• 临时会议/紧急情况 • 科学考察/探险/军事战场 • 接入网络服务商所需的时间和成本
不想使用网络设施 无网络基础设施可用
• 现有服务和架构的性能或者能力 • 远离网络基础设施而希望保持与网络
自 组 织 网 络
车载自组织网络的协议 ☆
• DSRC/802.11p
– 802.11p 基于802.11a 物理层和 802.11 MAC 层
• 5.9Ghz附近7条10M的频段 • 一个控制信道和六个服务信道
Vehicle to vehicle Service channel Service channel Control channel Optionally combined service channels Intersection
• 1991年IEEE 802.11首次提出“Ad Hoc网络” –自组织、对等式、多跳无线移动通信网络 • 1997年IETF成立MANET工作组 –基于IP的无线多跳网络路由 • 2003年IRTF成立ANS研究组 • 其它研究机构
Ad Hoc：For the specific purpose only MANET：Mobile Ad-hoc Networks ANS：Ad Hoc Networks Scalability
容纳用户数
多
较少
非常多
无线网络安全实验室 无线网状网络的系统设计
无线网状网络的整体设计 ☆
硬件平台为Asus WL500W无线路由器，然后设计并装载相应 的引导和驱动程序，在此基础上安装基于嵌入式Linux的 Openwrt操作系统，最后通过网状网络路由功能软件的设计与 实现，完成整个嵌入式无线网状网络路由器的开发。