配电网监测系统无线传感器网络的安全研究

论文摘要

目前越来越多的无线传感器网络被应用到配电网监测系统中，实现和保障用户对电的需求。如何在传感器节点的电能储备、计算能力、存储空间和通信能力都受限的条件下,通过设计有效的节能方案保证网络的正常运行,设计有效的安全通信机制如身份认证等功能来防止网络中的攻击,是传感器网络能否被人们应用到实际的关键问题。本文结合配电网监测系统中无线传感器网络的特点,进行了深入的安全研究。本文首先分析了无线传感器网络目前面临的安全问题,研究了配电网监测系统中无线传感器网络的结构与特点。针对配电网监测系统这个特殊的应用环境,就如何解决传感器网络能量与存储空间都有限的安全问题,设计了一种考虑传感器节点位置和剩余能量的无线传感器网络分簇算法。根据传感器的位置,将节点分为距离基站较远的远节点和与基站距离较近的近节点；在选取新的簇头时,首先选取簇内剩余能量最大的节点担任。通过仿真实验证明,与传统的LEACH协议相比,本文设计的分簇方法可以有效延长网络生存时间,降低节点的总能量消耗。其次,本文通过研究传感器网络容易受到的各种攻击,对比分析了几种经典的身份认证机制。在此基础上设计了一种应用于配电网监测系统中无线传感器网络的身份认证方案。该方案基于椭圆曲线密码体制,利用其安全性高、公钥所占内存小、存储要求低、计算负载小等优点设计而成。身份认证包括簇头与簇头间的认证以及簇头与簇内节点之间的认证。通过在通信开销、计算消耗以及安全性等方面的深入分析,说明本文设计方案的安全性及实用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 无线传感器网络
• 1.2.1 无线传感器网络特点
• 1.2.2 无线传感器网络的安全问题
• 1.3 无线传感器网络在电力系统中的应用现状与发展
• 1.4 本文主要研究内容
• 1.5 本文的组织结构
• 第2章 无线传感器网络分簇算法研究
• 2.1 分簇算法的基本概念
• 2.2 无线传感器网络分簇算法的性能评估
• 2.3 分簇算法概述
• 2.3.1 LEACH算法
• 2.3.2 HEED算法
• 2.3.3 GAF算法
• 2.3.4 TEEN算法
• 2.4 分簇算法比较与分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 配电网监测系统无线传感器网络的分簇研究
• 3.1 配电网监测系统中无线传感器网络的特点
• 3.2 配电网监测系统中无线传感器网络的分簇方法
• 3.2.1 分簇方法描述
• 3.2.2 分簇方法分析
• 3.2.3 仿真与分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 无线传感器网络认证技术研究
• 4.1 无线传感器网络的通信安全威胁
• 4.2 无线传感器网络的通信安全目标
• 4.3 无线传感器网络认证技术
• 4.4 本章小结
• 第5章 配电网监测系统无线传感器网络的身份认证
• 5.1 椭圆曲线密码体制
• 5.1.1 椭圆曲线的数学理论
• 5.1.2 椭圆曲线离散对数难题（ECDLP）
• 5.1.3 椭圆曲线密码体制的应用
• 5.2 应用于配电网监测系统无线传感器网络的椭圆曲线密码体制
• 5.2.1 认证思想
• 5.2.2 初始化
• 5.2.3 簇头与簇内节点间的认证
• 5.2.4 簇头与簇头间的认证
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与科研情况
• 致谢