（计算机系统结构专业论文）基于自组织网络的路由算法研究.pdf

硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s r e s e a r c ho fr o u t i n ga l g o r i t h mb a s e do na dh o cn e t w o r k at h e s i s s u b m i t t e di np a r t i a lf u l f i l l m e n t o f t h er e q u i r e m e n t f o rt h em sd e g r e ei nc o m p u t e rs c i e n c e b v d a n gq u a n gt h a n g ( v i er 州) p o s t g r a d u a t ep r o g r a m d e p a r t m e n to fc o m p u t e r s c i e n c e c e n t r a lc h i n an o r m a lu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r ：z h e n gs h i j u e a c a d e m i ct i t l e ：p r o f e s s o r s i g n a t u a p p r o v e d m a y 2 0 1 1 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：形彬膨日期：刀，年f 月z 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权华中师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权 中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通 过网络向社会公众提供信息服务。 作 日 本 学位论 定享受 作 日 栅 一赴一 孙磊翼蠡 彬毗 一一 耀一 一一一 一一 ： 矿 一认气益 ： w 一时 一媪 一卅 硕士学位论文 m a s t e r 。st i t e s i s 摘要 无线自组网络描述的是一个包含具有无线移动，并能动态地自组成网络拓扑结构 的节点的系统，它允许人们和设备在不需要先前网络和通信设施的情况下，在区域 内进行网络互联。本文研究了之前提出的种种无线自组网络路由算法，如f l o o d i n g 算法，p r o a c t i v e 算法，o n - d e m a n d 算法以及g e o g r a p h i cr o u t i n g 算法，并回顾了它们 之中的经典协议，通过进步定性比较这些算法的差异，在总体系统角度提出了独 到的路由算法。 我分析在自组织网络里遇到的安全问题并给出了几个可行的研究方向。从预防的 角度看，不同的密钥和信任管理机制被开发出来用于预防外部攻击。不同的安全自 组织网络路由协议被采用以预防起源于自组织网络系统的内部攻击。从保护的角度 看，一种专用于自组织网络系统的入侵检测架构正在研究当中。预防和检测方法协 同工作来处理自组织网络的相关安全问题。 我提出一种用于移动组网技术的核心网络功能的组合和实施方法，我设计和实施 一种新的组我路由协议。该协议能接替连接，链接或其余任何信息，只要这些信息 是能全球获取并基于路由机制的。这些信息可用来改进路由决策。我借助来自路由 协议的连通信息实现资源管理和拓扑控制。而这些协议又源自低能耗，低干扰拓扑 结构。我关键的管理解决方案支持网际协议安全的部署并建立能保护信息和数据安 全传播的安全路径。最重要的是，它提供了一种综合信任构成，而这将引导在网络 多节点中的信任决策。为了调试监听这些核心功能，我实施集中和分散两种网络监 听方案。这反过来又可以从我们的安全，路由和拓扑控制中提取显示信息，如连通 性和安全通道。我简要描述解决方案的每个组成部分并讨论这些组成部分如何组成 一个统一，并支持无线节点的整体。最后，讨论我学习的课程以及方案的有效实施， 这需要进一步的网络群体研究实验。 关键字：网络监控攻击路由选择 安全资源管理 硕士学位论文 m a s t e rst h e s i s a b s t r a c t am o b i l ea dh o en e t w o r kr e p r e s e n t sas y s t e mo fw i r e l e s sm o b i l en o d e st h a tc a l l f r e e l ya n dd y n a m i c a l l ys e l f - o r g a n i z ei n t oa r b i t r a r ya n dt e m p o r a r yn e t w o r kt o p o l o g i e s ， a l l o w i n gp e o p l ea n dd e v i c e st os e a m l e s s l yi n t e m e t w o r ki na r e a sw i t h o u ta n yp r e e x i s t i n g c o m m u n i c a t i o ni n f r a s t r u c t u r e i nt h i sp a p e r is u r v e yv a r i o u sp r o p o s e da p p r o a c h e sf o r r o u t i n g i nm o b i l ea dh o en e t w o r k ss u c ha s f l o o d i n g ，p r o a c t i v e ，o n d e m a n da n d g e o g r a p h i cr o u t i n g ，a n dr e v i e wr e p r e s e n t a t i v ep r o t o c o l sf r o me a c ho ft h e s ec a t e g o r i e s i f u r t h e rc o n d u c t q u a l i t a t i v ec o m p a r i s o n sa c r o s sv a r i o u sa p p r o a c h e s ia l s op o i n to u tf u t u r e r e s e a r c hi s s u e si nt h ec o n t e x to fi n d i v i d u a lr o u t i n ga p p r o a c h e sa sw e l l 嬲f r o mt h eo v e r a l l s y s t e mp e r s p e c t i v e ia n a l y z et h es e c u r i t yp r o b l e m si nm o b i l ea dh o en e t w o r k ( m a n e t ) a n d p r e s e n ta f e wp r o m i s i n gr e s e a r c hd i r e c t i o n s o nt h ep r e v e n t i o ns i d e ，v a r i o u sk e ya n dt r u s t m a n a g e m e n ts c h e m e sh a v eb e e nd e v e l o p e dt op r e v e n te x t e r n a la t t a c k sf r o mo u t s i d e r s ， a n dv a r i o u ss e c u r e 嗄a 套i e tr o u t i n gp r o t o c o l sh a v eb e e np r o p o s e dt o p r e v e n ti n t e r n a l a t t a c k so r i g i n a t e df r o mw i t h i nt h em a n e t s y s t e m o nt h ei n t r u s i o nd e t e c t i o ns i d e ，a n e wi n t r u s i o nd e t e c t i o nf r a m e w o r kh a sb e e ns t u d i e de s p e c i a l l yf o rm a n e t b o t h p r e v e n t i o na n dd e t e c t i o nm e t h o d sw i l lw o r kt o g e t h e rt oa d d r e s st h es e c u r i t yc o n c e r n si n m a n e t i p r e s e n t t h e i m p l e m e n t a t i o na n di n t e g r a t i o no fc o r en e t w o r k f u n c t i o n si n m a n e t id e s i g na n di m p l e m e n tan e wa dh o er o u t i n gp r o t o c o lt h a tc a nr e l a y c o n n e c t i v i t y , l i n kq u a l i t y , o ra n yo t h e ri n f o r m a t i o nt h a ti sg l o b a l l ya v a i l a b l et ot h e u n d e r l y i n gr o u t i n gm e c h a n i s ma n du s es u c hi n f o r m a t i o nt oi m p r o v em u t i n gd e c i s i o n s o u ri m p l e m e n t a t i o no fr e s o u r c e m a n a g e m e n t a n d t o p o l o g yc o n t r o l u t i l i z e st h e c o n n e c t i v i t yi n f o r m a t i o nf r o mt h er o u t i n gp r o t o c o lt od e r i v et o p o l o g i e st h a tc o n s u m el e s s e n e r g ya n dc a _ l l s e l e s si n t e r f e r e n c e o u rk e ym a n a g e m e n ts o l u t i o n s u p p o r t si p s e c d e p l o y m e n ta n de s t a b l i s h e ss e c u r ep a t h se n a b l i n gs e c u r ei n f o r m a t i o np r o p a g a t i o nf o r r o u t i n ga n dt o p o l o g yc o n t r o lm e s s a g e s ，雒w e l la sf o ra p p l i c a t i o nd a t a m o r e o v e r , i t p r o v i d e sa ni n t e g r a t e dt r u s tc o m p o n e n tt h a tc a l lg u i d et r u s td e c i s i o n sa m o n gn o d e si na n e t w o r k t od e b u ga n dm o n i t o rt h e s ec o r cf u n c t i o n a l i t i e sii m p l e m e n tb o t hc e n t r a l i z e d a n dd e c e n t r a l i z e dn e t w o r km o n i t o r i n gs o l u t i o n s ，w h i c hi nt u me x t r a c ta n dd i s p l a y i n f o r m a t i o n , s u c ha sc o n n e c t i v i t ya n ds e c u r et u n n e l s ，f r o mo u rs e c u r i t y , r o u t i n g ，a n d t o p o l o g yc o n t r o ls o l u t i o n s ib r i e f l yd e s c r i b ee a c hc o m p o n e n to ft h es o l u t i o na n dd i s c u s s t h ei n t e g r a t i o no ft h e s ec o m p o n e n t si n t oau n i f i e ds y s t e mt os u p p o r tm o b i l en o d e s c o n c l u d i n g ，w ed i s c u s sl e s s o n sl e a r n e da n dh o wim a k ea v a i l a b l eo u ri m p l e m e n t a t i o n st o e n a b l ef u r t h e re x p e r i m e n t a t i o nb yt h ew i r e l e s sn e t w o r kr e s e a r c hc o m m u n i t y k e yw o r d s ：，n e t w o r km o n i t o r i n g ，a t t a c k s ，r o u t i n g ，s e c u r i t y , r e s o u r c em a n a g e m e n t 摘要 c o n t e n t s a b s t r a c t 。i i 1 i n t r o d u c t i o n 。1 2 n e t w o r kp r o t o c o l sa n df u n c t i o n s 4 2 1r o u t i n g 4 2 1 1 f l o o d i n g 4 2 1 2e f f i c i e n tf l o o d i n gt e c h n i q u e s 5 2 1 3p r o a c t i v er o u t i n g 7 2 1 4d i s t a n c ev e c t o rp r o t o c o l s 8 2 1 5 l i n ks t a t ep r o t o c o i s “9 2 1 6p e r f o r m a n c eo fp r o a c t i v ep r o t o c o l s 10 2 1 7o n d e m a n dr o u t i n g 1l 2 1 8p r o a c t i v ev e r s u so n d e m a n dd e b a t e 1 7 2 2s e c u r i t y 1k 2 2 1p o t e n t i a la t t a c k s 1 9 2 2 2a t t a c kp r e v e n t i o nt e c h n i q u e s 2 0 2 2 3 k e ya n d t r u s tm a n a g e m e n t ：p r e v e n t i n ge x t e r n a la t t a c k s 2 1 2 2 4s e c u r er o u t i n gp r o t o c o l s ：p r e v e n t i n gi n t e r n a la t t a c k s 2 2 2 2 5l i m i t a t i o n so fp r e v e n t i o nt e c h n i q u e s 2 3 2 2 6i n t r u s i o nd e t e c t i o nt e c h n i q u e s 2 3 2 2 7 a r c h i t e c t u r eo v e r v i e w 2 4 2 2 8al e a r n i n g - b a s e da p p r o a c h 2 7 2 2 9c a s es t u d y ：a n o m a l yd e t e c t i o nf o ra d - h o cr o u t i n gp r o t o c o l s 2 9 2 3 r e s o u r c em a n a g e m e n t 3 2 2 4 n e t w o r km o n i t o r i n g 3 8 3 i n t e g r a t i o na n dt e s t i n g 3 9 3 1 s e c u r i t yt e s t 4 1 3 2 m o n i t o r i n gt e s t “4 3 4 l e s s o n sl e a r n e da n df u t u r ed i r e c t i o r s 4 5 5 a c k n o w l e d g e m e n t s 。”一”一”4 9 6 r e f e r e n c e s 。5 0 1 i n t r o d uc t i o n m o b i l ea d - h o cn e t w o r k s ( m a n e t s ) a r ef u t u r ew i r e l e s sn e t w o r k sc o n s i s t i n ge n t i r e l y o fm o b i l en o d e st h a tc o m m u n i c a t eo n t h e - m o v ew i t h o u tb a s es t a t i o n s n o d e si nt h e s e n e t w o r k sw i i ib o t hg e n e r a t eu s e ra n da p p l i c a t i o nt r a f f i ca n dc a r r yo u tn e t w o r kc o n t r o l a n dr o u t i n gp r o t o c o l s r a p i d l yc h a n g i n gc o n n e c t i v i t y , n e t w o r kp a r t i t i o n s ，h i g h e re r r o r r a t e s ，c o l l i s i o ni n t e r f e r e n c e ，a n db a n d w i d t ha n dp o w e rc o n s t r a i n t st o g e t h e rp o s en e w p r o b l e m si nn e t w o r kc o n t r o l _ 巾a r t i c u l a r l yi nt h ed e s i g no fh i g h e rl e v e lp r o t o c o l ss u c ha s r o u t i n ga n di ni m p l e m e n t i n ga p p l i c a t i o n s 、航mq u a l i t yo f s e r v i c er e q u i r e m e n t s i nr e c e n t y e a r st h en u m b e ro fw i r e l e s sd e v i c e sh a sf a rs u r p a s s e dt h en u m b e ro fw i r e dn o d e si nt h e i n t e r n e t e v e nt h o u g ht h et y p i c a la c c e s sp a t t e r no fw i r e l e s sd e v i c e st ot h ei n t e r n e th a s b e e nt h r o u g ha c c e s sp o i n t sa tt h ee d g eo ft h ew i r e db a c k b o n e ，t h e r ei sn o wan e e dt os h i f t f r o mt h i sp a r a d i g m ，w i t hw i r e l e s sn o d e sa l s ot a k i n gt h er o l eo fw i r e l e s sr o u t e r s ，s e r v i c i n g u s e r st h a tm a yb em u l t i p l eh o p sf r o mt h ea c c e s sp o i n t s m ss h j 屯i n c l u d i n gi n c r e a s e d s u p p o r tf o rm a c h i n e - t o m a c h i n ec o m m u n i c a t i o n s 。i n c r e a s e st h ei m p o r t a n c eo fa dh o c n e t w o r k st ot h ef u t u r ei n t e m e ta r c h i t e c t u r e s o m eo ft h ep r o p o s e da r c h i t e c t u r e sf o rt h e f u t u r ei n t e m e t , s u c ha st h ec a c h ea n df o r w a r da r c h i t e c t u r e 1 3 】，e n v i s i o naw i r e d b a c k b o n ew i t ham u l t i t u d eo fm o b i l ea dh o cn e t w o r k s ( m a n e t ) a t t a c h e da tm u l t i p l e a c c e s sp o i n t s t m sd i r e c t i o ne m p h a s i z e st h en e e df o ri n t e g r a t e dn e t w o r kf u n c t i o n st h a t p r o m o t es e l f - o r g a n i z a t i o na n dc o h e s i v e n e s sw i t h i nm a n e t i nt h i sw o r kw ef o c u so n p r o t o t y p i n g ，e x p e r i m e n t a t i o n , a n di n t e g r a t i o no f c o r cn e t w o r kc a p a b i l i t i e si nam a n e t , i n c l u d i n gr o u t i n g ，s e c u r i t y , r e s o u r c em a n a g e m e n t , a n dn e t w o r km o n i t o r i n g c h a l l e n g e s i n c l u d ei n c r e a s i n gt h ea v a i l a b i l i t yo fak e ym a n a g e m e n ts y s t e m ( k m s ) ；p r o v i d i n gt h e m e a n st om a i n t a i ns e c u r i t ya s s o c i a t i o n s ( s a s ) ；p r o v i d i n gad y n a m i cp i c t u r eo fn e t w o r k c o n n e c t i v i t y , e s t a b l i s h e ds a s a n dc h a n n e ld i s t r i b u t i o no nw i r e l e s si n t e r f a c e so fn o d e s ； s u p p o r t i n gd y n a m i ct o p o l o g yc o n t r o l ( t c ) f o rm o b i l en o d e s ；u t i l i z i n gm u l t i p l ec h a n n e l s t oi n c r e a s en e t w o r kc a p a c i t y ：a n de n a b l i n gc o n c u r r e n ts u p p o r tf o ri p v 6a n di p v 4 a d d r e s s i n g f i g 1s u m m a r i z e st h ev a r i o u sn e t w o r kf u n c t i o n sd i s c u s s e di nt h i sa r t i c l eb yl i n k i n g t h e mt oa ne x a m p l ew i r e l e s st e s t b e d i nam a n e t , n o d e su t i l i z ew i r e l e s sl i n k sa n da c ta s r o u t e r st of o r w a r dd a t af o ro t h e rn o d e s s o m eo ft h en o d e s ，s u c ha sr o u t e r saa n dc ，m a y a l s oa t t a c ht os u b n e t s ，s u c ha sm o b i l es u b n e t w o r k sd e p l o y e do nas h i po rab a t t l e f i e l d t r a n s m i s s i o no fd a t ab e t w e e nr o u t e r sda n de ，a n db e t w e e nr o u t e r sa ，b ，a n dc ，o c c u r o v e rd i f f e r e n tc h a n n e l s ，t h u sd e c r e a s i n gi n t e r f e r e n c ea n di n c r e a s i n gn e t w o r kc a p a c i t y ： 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s i i i i l l 1 1 1 i si sf e a s i b l et h o u g ho u rm u l t i c h a n n e l ( m c ) r o u t i n gp r o t o c o l ，w h i c he x t e n d st h e o p t i m i z e dl i n ks t a t er o u t i n g ( o l s r ) p r o t o c 0 1 f o rr e s o u l o em a n a g e m e n t , t o p o l o g y c o n t r o li su s e dt od y n a m i c a l l ya d j u s tt h et r a n s m i s s i o np o w e ro fn o d e sa n dd e c r e a s et h e p o w e ru t i l i z a t i o nw h i l er e t a i n i n gc o r m e c t i v i t y w ei m p l e m e n taf r a m e w o r kf o rt cw h o s e p r o c e s si sa i d e d 舶mi n f o r m a t i o nd i s s e m i n a t e db yt h er o u t i n gp r o t o c 0 1 s e c u r i t y p r o v i d e sb o t hp o i n t t o - p o i n tc o n f i d e n t i a l i t yo fd a t a ( e g ，b yu s i n gt h ei n t e r n e tp r o t o c o l s e c u r i t y ( i p 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t o r i n gt o o lb a s e do n t h eo l s rr o u t i n gp r o t o c o lc o n n e c t i v i t y ( n a m e l yo l s r - t v ) r o u t i n g ，s e c u r i t y , a n d n e t w o r km o n i t o r i n gs o l u t i o n ss u p p o r ti p v 4a n di p v 6c o n c u r r e n t l y w eh a v ei m p l e m e n t e d a n di n t e g r a t e dt h e s ec o r en e t w o r kf u n c t i o n a l i t i e so n o u ra dh o en e t w o r kt e s t b e d , w h i c hi s ab l e n do fm o b i l ea n df i x e dn o d e s ；f o rt h el a t t e r , m o b i l i t yi sm o d e l e dv i ad y n a m i c c h a n g e st ol o g i c a ll i n kc o n n e c t i v i t y ( s e es e c t i o n3 ) t 0p r o m o t ef u r t h e rr e s e a r c ha n d c o l l a b o r a t i o ni nt h i sa r e aw eh a v em a d ea v a i l a b l eo n l i n e t h er o u t i n gp r o t o c 0 1 t h e t o p o l o g yc o n t r o l ，a n dm o n i t o r i n gt o o l si m p l e m e n t a t i o n s 4 ，5 】 2 麓w i r e k n ml i n k e r p o 咖c o n t r o l 吒o l l t r o it xp o w e r m a i n t a i nc o n n e c t l v i t y 幢) m o n i t o r i n g c e n t r a l 眨e da n d d e c e n t r a l l z l k l 0 a d h m u 戗叼 , u s em u l t i p l ec h a r m e l o - i n c r e a s en e t w o r kc a i x ：n y 0 s e c u r i t y - b a c k b o n eo e c u d t yu s l n gi p w c w i t hd i s t r i b u t e dk e ym a n a g e m e n t t r a n s p o aa n dt u n n e lm o d e 9 伊v 6 卸d 咿v 4 e u 阱挎 * o l s rr o u t i n g * l p s e ca n dk e ym a n a g e m e n t o n e b v o t km o n n o t l n g f i g1m a n a g e m e n ti nm a n e t d u et ot h e c o m p l e x i t yo fw i r e l e s s a dh o ec o m m u n i c a t i o n , m o s tr e s e a r c ho n m a n e t sh a sc o n c e n t r a t e do nt h ei n v e s t i g a t i o no fs p e c i f i cf u n c t i o n s ，s u c ha sr o u t i n g 【乒8 】，v i d e os t r e a m i n g 【9 ，1 0 ，a n dd i r e c t i o n a la n t e n n a s 【1 1 t ot h eb e s to f o u rk n o w l e d g e t h e r ei sn oo t h e rs i m i l a ri n t e g r a t e de f f o r te x c e p tf r o mo u rp r e v i o u sw o r k0 1 1n e t w o r k m o b i l i t y 【1 2 mk e yd i f f e r e n c e sf r o mt h a tw o r ka r e ( a ) u s a g eo f an e wr o u t i n gp r o t o c o l ( i n s t e a do f 也eo p e ns h o r t e s tp a t hf i r s tm i n i m a lc o n n e c t e dd o m i n a t i n gs e t ( o s p f m c d s ) o f f e r i n ga u g m e n t a t i o n st os u p p o r tm u l t i c h a n n e lo p e r a t i o na n dt od i s s e m i n a t en e t w o r k t o p o l o g yi n f o r m a t i o n ， i m p l e m e n t a t i o no fap r o t o t y p ek m sa n di t si n t e g r a t i o n 埘n 1 i p s e ca saf o l l o w - u pt oo u rs e c u r i t yp r o p o s a li n 12 】，( c ) an e wd e c e n t r a l i z e dn e t w o r k m o n i t o r i n gt o o lb a s e do nac r o s s - l a y e ri m p l e m e n t a t i o nw i t ht h eo l s rr o u t i n gp r o t o c o l ， ( d ) an e wf r a m e w o r ka n dap r o t o t y p et ci m p l e m e n t a t i o nf o rr e s o u r c em a n a g e m e n t , a n d