Ad hoc網絡安全路由協(xié)議改進及節(jié)點性能排隊分析.pdf

1、Ad hoc網絡也稱無線自組網、多跳網絡,是由一系列帶有無線收發(fā)裝置的移動節(jié)點組成的臨時性自治系統(tǒng)。該網絡最大的特點是不依賴于固定的基礎設施,無需中央控制管理。由于Ad hoc網絡具有部署迅速、架設成本低、完全分布式等優(yōu)點,因而其廣泛應用于軍事、民用和商用領域。然而,動態(tài)變化的拓撲結構、資源受限的移動終端節(jié)點和脆弱的無線信道,嚴重威脅著整個網絡的安全和服務質量。為滿足用戶對數據傳輸的安全性、可靠性要求,需要深入研究無線信道特點對路由安全

2、和節(jié)點性能造成的影響,有針對性地設計出安全、高效的路由協(xié)議和節(jié)點性能分析模型。
　　首先,本文闡述了Ad hoc網絡的概念、特點、架構和應用,深入分析了DSDV、AODV、DSR和TORA四種典型路由協(xié)議的機制。通過對各協(xié)議做性能比較,總結了Ad hoc網絡的安全缺陷,以及路由協(xié)議可能面臨的安全威脅。然后,本文在安全路由協(xié)議的設計標準和可應用的安全策略基礎上提出了一種基于 A-SAODV協(xié)議的安全高效改進方案。此外,本文還研究了網

3、絡節(jié)點工作過程,分析了無線信道傳輸特性對節(jié)點性能的影響,指出了傳統(tǒng)的基于矩陣幾何理論的排隊分析方法的缺陷,由此提出了無線節(jié)點的馬爾科夫調制服務時間的單服務臺排隊模型及其解析分析方法。
　　具體而言,Ad hoc網絡路由協(xié)議的安全性和開銷已經成為一個重要的問題。Secure AODV(SAODV)協(xié)議作為Ad hoc網絡中一種流行的安全路由協(xié)議,其節(jié)點的簽名驗證過程和雙簽名機制限制了協(xié)議性能的提高。本文在對 SAODV協(xié)議和A-SA

4、ODV協(xié)議比較分析的基礎上提出了一種新的安全高效改進方案,有效地引入了安全級別的概念,并對A-SAODV協(xié)議的自適應機制(Adaptive Reply Decision)進行了進一步優(yōu)化。NS2下的仿真結果表明,改進后的A-SAODV協(xié)議在縮短端到端延遲、提高吞吐量、增強安全性等方面優(yōu)于A-SAODV。
　　值得提出的是,為定量分析無線信道特性對節(jié)點性能的影響,本文提出了一種馬爾科夫調制服務時間的單服務臺排隊模型。顧客到達服從參數

5、為λ的泊松過程;顧客服務時間受一個連續(xù)時間馬爾科夫鏈調制:若馬爾科夫鏈處于狀態(tài)i(i=1,2,…，N),則服務時間服從參數為μi的負指數分布。該排隊系統(tǒng)對于模擬無線通信中信道衰減導致的信道速率變化問題非常有意義。區(qū)別于以往的數值計算方法(如矩陣幾何分析),我們提出了一種離散時間馬爾科夫鏈模型來分析服務臺狀態(tài)的變化過程,導出一組閉合公式來計算排隊系統(tǒng)的各性能指標。此外,還開發(fā)出一種遞推過程來計算隊列長度的任意階矩。數值計算結果顯示該近似分