摘要
无线传感器网络（wirelesssensornetworks，WSNs）是通过众多传感器节点对目标区域内的信息进行采集、处理和传输的网络系统。由于节点所处环境恶劣和节点自身条件的限制，网络通常会出现由恶意节点引起的数据丢失和能量浪费等情况，现有的安全分簇路由通常采用认证加密的方式，而这种方式不能够解决网络内部节点的攻击问题，因此本文采用节点信任的方法区分正常节点和恶意节点，解决由网络内部节点引发的网络安全问题，具体内容如下： (1)提出一种基于双层模糊控制和节点可信的安全分簇路由协议(Secureclusteringroutingprotocolbasedondoublelayerfuzzycontrolandnodetrust,RPDFT)。首先，通过Beta分布描述节点的信任值，分别计算获得节点的直接信任值、间接信任值，使得综合信任值考虑更加全面，保证了节点信任评估的准确性。其次，采用模糊控制方法进行簇头选举，模糊输入包括综合信任值和节点中心度、节点剩余能量，输出为节点成为簇头的机会值，从而得到一组可信且节能的簇头。同时，设置信任阈值和能量阈值控制簇头的选举次数，然后，采用另一个模糊控制器进行路由路径选择。将簇头的剩余能量和到基站的距离作为输入，输出为簇头成为下一跳的概率值，从而获得从簇头节点到基站的最优路径。最后，从丢包率、能量消耗等方面对提出的RPDFT进行了仿真分析，结果表明，相比于LEACH和LEACH-TR算法，RPDFT能够减少丢包，延长网络生命周期。 (2)提出一种基于改进绯倪鲣算法和信任机制的安全分簇路由协议（SecureClusteringRoutingProtocolBasedonImprovedYellowSaddleGoatfishAlgorithmandTrustMechanism，TYSGA）。首先，通过引入奖惩因子的历史信任值结合直接信任值和间接信任值完善了网络的信任模型。然后，运用动态步长策略和新的适应度函数改进绯倪鲣优化算法，并基于改算法进行簇头选举。同时，通过模糊控制系统选择最优路径，以簇头的剩余能量和到基站的距离作为输入，输出簇头成为下一跳的概率值。最后，从丢包率、吞吐量等方面对提出的TYSGA进行了仿真分析，结果表明，相比于RPDFT和NT-MFCRA算法，TYSGA能够更快的识别恶意节点，均衡网络能耗，提高了网络吞吐量。 (3)提出一种基于改进粒子群优化模糊控制的安全分簇路由协议（SecureclusteringroutingprotocolbasedonimprovedParticleSwarmOptimizationfuzzycontrol，FPSO-T）。首先，通过引入新奖惩因子的间接信任值和引入新挥发因子的历史信任值以及节点的直接信任值构建网络的信任模型。然后，通过粒子群优化的模糊逻辑系统进行簇头选取，采用剩余能量、综合信任值，节点度、到质心的距离作为模糊输入，通过PSO自适应生成模糊规则，输出成为簇头的概率值，从而形成优化的簇。在寻路阶段，通过Dijkstra算法生成基站至各簇头的最优路径。在簇维护阶段，采用按需成簇机制重新构建簇。最后，从丢包率、吞吐量等方面对提出的FPSO-T进行了仿真分析，结果表明，相比于TYSGA和SUCR-T算法，FPSO-T降低了网络能耗，减少了丢包率，提升了网络的可靠性。 本文针对现有安全分簇路由存在的问题，创新性地提出了三种安全分簇路由协议，可有效抵御来至网络内部的攻击，同时降低网络能耗，延长网络寿命。为WSNs安全分簇路由提供了理论支持，并且为WSNs应用推广提供了有效保障。
NETL