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无线自组织网络研究进展孙东来无线网络安全实验室第一部分自组织网络初探无线自组织网络概念初探☆•临时会议/紧急情况•科学考察/探险/军事战场•接入网络服务商所需的时间和成本•现有服务和架构的性能或者能力•远离网络基础设施而希望保持与网络的连接无网络基础设施可用不想使用网络设施网络基础设施范围外自组织网络无线自组织网络概念初探☆分布式结构可移动性多跳链路自组织性通信安全便携通用自组织网络本身，就是在应用的需求下，以分布式的方式解决网络问题的一种尝试。其中无线自组织网络因其本身物理限制少，可以近乎无限自由地进行部署和使用而成为了自组织网络研究中的一个热点。•1991年IEEE802.11首次提出“AdHoc网络”–自组织、对等式、多跳无线移动通信网络•1997年IETF成立MANET工作组–基于IP的无线多跳网络路由•2003年IRTF成立ANS研究组•其它研究机构AdHoc：ForthespecificpurposeonlyMANET：MobileAd-hocNetworksANS：AdHocNetworksScalability无线自组织网络起源☆无线自组织网络特点☆•独立快速部署–不需要任何预先网络基础设施•动态拓扑–节点移动/开机/关机–节点无线发送功率变化、无线信道干扰或者地形等因素影响•自组织–无控制中心–节点故障不会影响到整个网络无线自组织网络特点☆•多跳路由–接收端和发送端可使用比两者直接通信小得多的功率进行通信，因此节省了能量消耗–通过中间节点参与分组转发，能够有效降低对无线传输设备的设计难度和成本，同时扩大了自组织网络的覆盖范围无线自组织网络缺点☆•特殊的无线信道特征–无线信道提供的网络带宽比有线信道低得多–竞争无线共享信道产生碰撞–信号衰落、噪声干扰以及信道之间的干扰等•终端的局限性–能量、存储、计算等资源受限•安全性差–无线链路的开放性–移动性导致节点之间信任关系的变化•可扩展性不强–节点之间的相互干扰造成网络容量下降–各节点吞吐量随网络节点总数的增加而下降•存在单向无线信道–终端发射功率的不同及地形环境的影响无线自组织网络若干关键特征☆InternetSTASTAMPPMPMPMPSTA节点是否可以移动？节点是否有能量消耗限制？无论无线自组织网络如何更改其结构，其多跳路由、无线传输、自组织等关键特征是不会被更改的，但是根据实际应用的不同，它也有不同的典型模型第二部分典型模型互联网和卫星任务管理节点用户汇聚节点监测区域传感器节点BAC无线传感器网络概念简介☆无线传感器网络（wirelesssensornetwork,WSN）就是由部署在检测区域内大量的传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知的对象信息，并发送给观察者。无线传感器网络特征☆•大规模网络•自组织网络•动态性网络•统计设计网络•应用性相关的网络•以数据为中心的网络无线传感器网络的研究热点☆Networking如何在低性能平台上实现AdHoc网络自组织Realtime由于操作系统的限制，没有完整的进程管理，如何保证任务的实时性？PowerLimit低功耗情况下完成系统功能无线传感器网络的研究热点☆周边设备管理方面。一般传感器在同时执行多个任务更省电，因为串行执行会导致一些周边设备不必要的开关，开关频繁就导致更耗电。并行执行会带来数据冲突的可能。无线管理方面。传感器常用的方式是自动降低天线功率到只能检测到carrier，检测到carrier后增大功率，来检测packet。处理器功率控制。传感器网络一般都会在检测到当任务队列为空时，自动将处理器转入节能或睡眠模式，当有中断时自动进入激活模式。车载自组织网络概述☆无线传感器网络的应用服务☆在VANET上开发的应用和服务可以分为以下三类:(1)道路交通安全类应用.它是最重要,最能体现VANET价值的应用,其中包括主动事故告警,事故隐患提示等.能否有效地避免和减少交通事故,取决于事故告警信息是否可靠,快速,无差错地传播.目前,VANET研究大多都是针对这类应用,多使用可靠的广播机制实现事故告警;(2)交通状况查询.这类应用的作用是提高道路交通效率,改善车辆驾驶条件.主要查询的信息包括车辆速度,密度,堵车情况,道路情况等;这类应用对时延要求不高;(3)信息服务类应用.比如高速公路缴费,移动办公,接入Internet,分布式游戏等.这类应用在提供多样化服务的同时,也将加重网络负载.乘客间的通信,多媒体传输,信息服务等会在短时间内产生很高的吞吐量,占用大量的带宽资源.车载自组织网络的特点☆(1)车辆节点移动速度快,(2)车辆节点的分布受道路局限,呈现管状形态,容量有限;(3)车辆节点的移动受到驾驶者行为的影响;(4)泛洪广播会阻塞数据包的传输;(5)具有比较丰富的外部辅助信息支持,例如,使用GPS可以获取节点的位置信息;(6)车辆作为移动节点不受能量条件的限制,在建立路由时不需要考虑节能因素等.车载自组织网络的协议☆•DSRC/802.11p–802.11p基于802.11a物理层和802.11MAC层•5.9Ghz附近7条10M的频段•一个控制信道和六个服务信道VehicletovehicleServicechannelServicechannelControlchannelIntersectionCH172CH174CH182CH180CH178CH176CH1845.8555.9255.9155.9055.8955.8855.8755.865Frequency(GHz)Optionallycombinedservicechannels车载自组织网络的路由协议☆路由协议可以分为三种类型:1.表驱动(table-driven)的路由协议或主动的路由协议;2.源驱动(source-driven)的路由协议或反应式的路由协议;3.基于位置信息(position-basedinformation)的路由协议.无线网状网络的产生和发展☆无线网络安全实验室无线网状网络的定义与演进无线网状网络是一种新型的公共无线网络解决方案。它的拓扑是任意的，就像Internet一样，从一个点到另一个点的路由可能动态变化从而提高可靠性。•MITRoofnet–MITRoofnet是麻省理工学院计算机暨人工智能实验室（MITCSAIL）开发的实验网状网络，目的是为剑桥的用户提供宽带接入。–开始进行商业开发无线网状网络是一种技术演进☆无线网络安全实验室无线网状网络的定义与演进无线网状网络与其他网络比较无线网状网络移动Ad-hoc蜂窝网络拓扑结构多点到多点（网状）动态拓扑点到多点控制方式分布式控制分布式控制集中式控制覆盖范围城域覆盖局部范围覆盖广大地区设计目的用户接入为主用户间通信为主接入和通信同时容纳用户数多较少非常多无线网状网络的整体设计☆无线网络安全实验室嵌入式Linux操作系统无线网状网络功能应用软件基于AsusWL500W无线路由器的硬件平台引导与驱动系统无线网状网络的系统设计硬件平台为AsusWL500W无线路由器，然后设计并装载相应的引导和驱动程序，在此基础上安装基于嵌入式Linux的Openwrt操作系统，最后通过网状网络路由功能软件的设计与实现，完成整个嵌入式无线网状网络路由器的开发。硬件设计☆无线网络安全实验室硬件平台核心处理模块有线网络通信模块无线网络通信模块无线网状网络的系统设计Roofnet等国外项目选择了NetgearWGT634u作为其首选平台，一方面是考虑到当时此款路由器较为主流，另一方面也在于其较为充足的内存资源。鉴于802.11n及相关技术标准的出台，以及考虑到项目的可扩展性和发展，新的硬件平台以ASUSWL-500W为基础，采用嵌入式设计。因为其各方面硬件参数都能符合要求。系统软件设计☆无线网络安全实验室网状网络实现Click，系统脚本应用层sshdtelnetdhttpdsocket通信串口通信iptables协议层PPP协议TCP/IP协议JFFS文件协议驱动层网卡驱动串口驱动核心层LinuxKernel无线网状网络的系统设计通过在OpenWrt系统中进行层次化设计，在各个不同层次分别完成软件设计，每层在下层功能的基础上添加新的功能，并与下层一起向更上层提供服务。第三部分无线自组织网络安全关键技术无线自组织网络的安全问题☆无线网状网络保密性保障用户通信的隐私性，防止数据泄漏可用性可靠性能够保障网络在任何时间和地点都能使用保障网络内的节点的可靠性，明确其权限解决无线自组织网络的安全关键问题迫在眉睫可用性问题的研究与结论☆需求保证系统在任何情况下都可以正常使用研究物理安全问题，需要提高物理信道在复杂环境下的可用性链路层可用性问题，需要保证链路占用和获取路由安全保护，保证路由总能最高效的到达目的节点应用与身份安全问题，保证数据能够完成应用需求可能方案优化自组织路由协议，在可能的情况下以跨层的自组织设计方案来解决可用性问题。重点在于分析可控的物理层和链路层可能带来的优化保密性问题的研究与结论☆需求保证数据在沟通中不会泄密研究加密机制问题由无线自组织网节点送出的数据不被窃听或篡改是至关重要的。对无线链路还有中间节点选用合适的轻量级加密机制能保障数据通信不被窃听。多跳环境下的可信传输问题无线子组织网是多跳网络，所以将所有的安全管理都集中一端的无线网关将延缓网络对攻击的检测和应对，这将无疑会给攻击者带来好处，因此旧有的安全策略将不再有效，针对分布式环境的可信传输问题需要着重研究。可能方案使用新的信任传输机制和新的加密算法及加密设备。可靠性问题的研究与分析☆需求通过协议保障可靠性研究引导(Bootstrap)问题角色功能问题命名问题自组织部署问题角色切换及可能带来的安全隐患可能方案借鉴和参考P2P网络、蜂窝无线网络上的身份相关安全协议，找到合适的新的身份认证协议更多可能问题☆攻击检测与响应网络可追溯可审查网络可控性鲁棒性与容侵性无线自组织网络无线自组织网络的物理和组网特性使得它本身在安全方面有着巨大的脆弱性。但是其分布式特性也同样能够催生出很多全新的思想和问题解决模型。上述的研究方面仅仅涵盖了无线自组织网络研究的很小的一个方面，更多的内容将由大家去发掘。请各位老师同学批评指正！谢谢！！