無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由及安全問題研究.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)和電子技術(shù)的快速發(fā)展,無線Mesh網(wǎng)絡(luò)(WMN,Wireless Mesh Network)得到了國內(nèi)外研究人員的關(guān)注。WMN是一種新型的動態(tài)自組織自配置的分布式多跳網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備包括Mesh路由器和Mesh客戶端。WMN網(wǎng)絡(luò)具有良好的擴展性、自組織性和魯棒性,網(wǎng)絡(luò)能夠很容易地部署接入Internet,從而獲得高速的帶寬,可以很好地應(yīng)用在城域網(wǎng)、寬帶局域網(wǎng)和交通醫(yī)療網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中。高效高質(zhì)量的數(shù)據(jù)包傳輸路由協(xié)議是保證

2、網(wǎng)絡(luò)運行的核心,目前國內(nèi)外對WMN的路由算法也有很多的研究。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)分層設(shè)計方法,對于WMN不是有效的設(shè)計方法,由于無線通信是開放的而且信道的相關(guān)參數(shù)也在不斷變化,因此分層設(shè)計方法不能提供高的QoS同時也無法提高網(wǎng)絡(luò)的利用率。傳統(tǒng)的基于最小跳的路由協(xié)議,因為無法有效抑制網(wǎng)絡(luò)擁塞,網(wǎng)絡(luò)流量分布不平均,節(jié)點不能同等得到網(wǎng)絡(luò)資源等缺陷而無法適用于WMN網(wǎng)絡(luò)。結(jié)合跨層思想來提高無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的性能從而設(shè)計新的路由協(xié)議是本文的主要出發(fā)點。此外

3、,WMN的安全性也正在受到嚴重的挑戰(zhàn)。由于無線通信的暴露性和多跳傳輸?shù)拇嗳跣?WMN很容易受到各種各樣的攻擊,例如,節(jié)點捕獲攻擊、蟲洞攻擊、路由攻擊、女巫攻擊等等。本文針對常見的WMN中的蟲洞攻擊,利用一種簡單有效的鄰居方法來檢測蟲洞,避免使用了時鐘同步或者額外的硬件等復(fù)雜的技術(shù),在降低成本的同時有效地保護了網(wǎng)絡(luò)。本學(xué)位論文圍繞無線Mesh網(wǎng)絡(luò)高效路由和安全進行了研究。
　　主要工作如下:
　　1.在分析無線Mesh網(wǎng)路由協(xié)

4、議所面臨挑戰(zhàn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合其性能要求,以優(yōu)化鏈路狀態(tài)路由算法(Optimized Link State Routing,OLSR)協(xié)議為原型,運用跨層設(shè)計理論,提出了一種基于鏈路狀態(tài)良好程度的路由協(xié)議LR-OLSR( Link Cognitive Optimized Link State Routing)。該協(xié)議通過對節(jié)點負載、鏈路投遞率和鏈路可用性等環(huán)境信息進行感知推理,獲得網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點之間的路徑鏈路質(zhì)量評價,實現(xiàn)對路由的優(yōu)化選擇,提高

5、網(wǎng)絡(luò)的吞吐量,達到負載均衡。通過與OLSR等協(xié)議的對比仿真結(jié)果表明,LR-OLSR能夠從很大程度上提高網(wǎng)絡(luò)中分組的遞交率,降低平均端到端時延,在一定程度上達到負載均衡。
　　2.在優(yōu)化鏈路狀態(tài)路由(Optimized Link State Routing,OLSR)協(xié)議基礎(chǔ)上,采用全新的路由判據(jù)CLM(Cross-Layer Metric),設(shè)計了一種基于跨層方法的主動路由協(xié)議CL-OLSR(Cross-Layer based O

6、ptimized Link State Routing)。在路由計算過程中通過跨層操作機制,綜合考慮了節(jié)點可用帶寬、節(jié)點負載、鏈路投遞率和鏈路干擾四個鏈路質(zhì)量影響因子,從而大大優(yōu)化了路由選擇的效果。CL-OLSR是一種逐跳轉(zhuǎn)發(fā)的路由協(xié)議,與按需路由相比,其更適合WMN的近似靜態(tài)的拓撲特征,同時能夠滿足業(yè)務(wù)流量的低延時的需求,能夠和主動的逐跳路由協(xié)議結(jié)合使用,且算法相對簡單高效。而且提出了一種路由減震機制在充分利用網(wǎng)絡(luò)資源的同時,避免了負

7、載敏感(load-sensitive)的路由判據(jù)所導(dǎo)致的路由震蕩問題。仿真結(jié)果表明CL-OLSR能夠從很大程度上提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量,降低端到端的延時,并且能夠達到負載均衡的路由效果。
　　3.在傳統(tǒng)的多跳路由協(xié)議中,一些特定優(yōu)勢路徑由于負載多而造成擁塞。為了使網(wǎng)絡(luò)負載平衡,提出了一種基于AODV的跨層負載均衡路由算法。通過將負載從流量高的路由上遷移到流量空閑的節(jié)點和路由來平衡網(wǎng)絡(luò)流量。仿真結(jié)果表明,LBCL-AODV能減輕網(wǎng)絡(luò)擁塞從

8、而提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐率和降低端到端平均延時。
　　4.為了提高蟲洞檢測的效率,本文提出了基于2-Hop鄰居的蟲洞檢測方法WDNN(Wormhole Detection based on Neighbor’s Neighbor)。通過比較節(jié)點的位置幾何關(guān)系,可以區(qū)分在網(wǎng)絡(luò)中有無蟲洞情況下的不同的局部網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。并提出了一種預(yù)防蟲洞攻擊的方案RWR(Random Walk Route Scheme)。從而可以檢測在有蟲洞情況下的網(wǎng)絡(luò)中出