IPv6 Over WSN協(xié)議實現(xiàn)與關(guān)鍵技術(shù)研究

中國移動集團(tuán)重點 /聯(lián)合研發(fā)項目結(jié)題匯報報告 項目名稱： 2010年度“物聯(lián)網(wǎng)”重大科技專項 莞） 傳感器網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證和加密技術(shù)研究（中山） 第 2頁 結(jié)題匯報提綱 1. 第 3頁 一、 開題計劃完成情況 目 錄 二、主要研究成果 第 4頁 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低層協(xié)議采用 是符合低速無線個人區(qū)域網(wǎng)（ 求的低層協(xié)議，鏈路層以上基本采用專用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議如 用協(xié)議的優(yōu)勢是較為符合 成本、低速率傳輸?shù)纫?。但缺陷也是很明顯： 專用協(xié)議具有兼容性弱 ; 可擴展性差 ; 無法解決下一代 等核心問題。 目研究背景 在軍事國防、工農(nóng)業(yè)、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、搶險救災(zāi)、防恐反恐、危險區(qū)域遠(yuǎn)程控制等許多重要領(lǐng)域都有潛在的實用價值 . 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（簡稱 目前物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)之一，它是集信息采集、信息傳輸、信息處理于一體的物聯(lián)網(wǎng)智能傳感系統(tǒng)。 物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 21世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù) 目前各種基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備基本采用 么如何將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一納入到 目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中最為關(guān)鍵的問題之一。 解決方案：無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 第 5頁 目研究目標(biāo) 功耗、傳輸速率等 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、鏈路 核心機制 基于 1、基于 現(xiàn) 3、 2、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和機制。 關(guān)鍵技術(shù)研究目標(biāo) 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的 還存在很多問題需要要進(jìn)一步解決。 第 6頁 要研究內(nèi)容 智能監(jiān)控和服務(wù)系統(tǒng) 6議 物理層協(xié)議 動協(xié)議 物理層協(xié)議 P/6 轉(zhuǎn)發(fā)偽驅(qū)動 程序 無線傳感器節(jié)點 多協(xié)議網(wǎng)關(guān) 于 P 主要工作包括： 1、 62、 3、 4、 5、實際環(huán)境測試 第 7頁 題計劃完成情況總結(jié) 時間安排 負(fù)責(zé)公司 工作內(nèi)容 取得成果 莞移動公司 項目策劃、資料收集、調(diào)研總結(jié) 1、相關(guān)文檔和方案全部按要求完成 北京易安佳通 北京郵電大學(xué) 調(diào)研分析、總體設(shè)計，方案設(shè)計 莞移動公司 內(nèi)部評審，問題梳理，環(huán)節(jié)分析，修改完善，文檔編制 1、基于 2、基于 3、 由協(xié)議正在改進(jìn)中 北京易安佳通 北京郵電大學(xué) 協(xié)議開發(fā)和實現(xiàn) 內(nèi)部協(xié)議模擬測試，修改并完善 莞移動公司 測試驗收，修改完善，論文出版、專利申請 1、預(yù)計驗收前可搭建實現(xiàn) 北京易安佳通 北京郵電大學(xué) 協(xié)議終驗，竣工驗收。 第 8頁 一、開題計劃完成情況 目 錄 二、主要研究成果 第 9頁 要研究成果 (1) 知識產(chǎn)權(quán)成果 撰寫兩篇發(fā)明專利技術(shù)交底書： 一種支持優(yōu)先級數(shù)據(jù)傳輸?shù)?一種基于 6 計劃發(fā)表論文： 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的 適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的 一種滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低能耗要求的 基于 節(jié)點 路由設(shè)備 網(wǎng)關(guān) 第 10頁 要研究成果 (2) 6- 61)滿足 成本機制； 2)支持基本 可去掉不必要的組件及額外擴展功能 ; 3)獨立于操作系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)議棧調(diào)度 ； 4)最大容限控制的內(nèi)存分配方案 ； 6底層 基于 上層 可區(qū)別于定上層可采用 在 配層（ 6 ，用于 時可屏蔽底層 硬件對 第 11頁 鍵性技術(shù)成果 (1) 1. 1)報頭中所有在連接過程中保持不變的域，都可以壓縮掉； 2)報頭中變化的可以預(yù)先知道的域，也可以壓縮掉； 3)報頭中由鏈路層可獲知的信息域，可以壓縮掉； 4)報頭中有些域的存在是有條件的或是可選的，對于待定應(yīng)用可以去掉； 考慮到 壓縮 壓縮其后續(xù)傳輸層或應(yīng)用層報頭如： 5)發(fā)送過程：從用戶傳感器端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)采用 入壓縮器進(jìn)行壓縮報頭，隨后進(jìn)入低速本地鏈路，在協(xié)調(diào)器端對收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行報頭解壓，之后送入網(wǎng)關(guān)，再由網(wǎng)關(guān)傳送到主干高速鏈路 (。 6)接收過程：在協(xié)調(diào)器從網(wǎng)關(guān)接收到高速鏈路傳送過來的數(shù)據(jù)包，送入壓縮器進(jìn)行報頭壓縮，之后送入低速本地鏈路，用戶接收到數(shù)據(jù)包之后進(jìn)行報頭解壓，還原原始 交由上層處理。 壓縮流程 壓 縮 前 延 時壓 縮 后 延 時壓縮演示界面 第 12頁 鍵性技術(shù)成果 (2) 2、 息包的分片與重組機制 分段 (分片與重組 )是 6為 以 了減小報文長度，適應(yīng)層幀頭部分為兩種格式，即分片格式與不分片格式，分別用于負(fù)載大于 102字節(jié) )的報文以及負(fù)載小于 不分片報文結(jié)構(gòu) 分片報文結(jié)構(gòu)（第一片） 分片報文結(jié)構(gòu)（后續(xù)報文格式） 第 13頁 鍵性技術(shù)成果 (3) 3、 用來解決關(guān)于相同物理鏈路上的節(jié)點之間的交互問題，鄰居發(fā)現(xiàn)過程使用 5個不同的 們是路由請求、路由通告、鄰居請求、鄰居發(fā)現(xiàn)和重定向。鄰居發(fā)現(xiàn)機制優(yōu)化策略： 1）最小化路由請求和路由公告 避免最初的路由請求和路由公告的鏈路層廣播 避免周期性路由公告的鏈路層廣播 2）最小化鄰居請求 避免鏈路層對已存在節(jié)點廣播鄰居請求信息 避免鏈路層向不存在的節(jié)點廣播鄰居請求信息 3）避免重復(fù)地址檢測 (4）避免鄰居不可達(dá)檢測 (引導(dǎo)過程 統(tǒng)一接入系統(tǒng)模型 優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、降低系統(tǒng)能耗 第 14頁 鍵性技術(shù)成果 (4) 4、 支持網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程管理； 支持底層無線傳感器網(wǎng)絡(luò)針對多種傳感信息的實時檢測、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錉顟B(tài)的動態(tài)檢測與遠(yuǎn)程節(jié)點控制 支持接入以太網(wǎng)、 現(xiàn) 據(jù)發(fā)送和接收以及端對端的通信； 支持接入 現(xiàn) 據(jù)的發(fā)送和接收； 支持硬件資源相對充足的網(wǎng)關(guān)設(shè)備實現(xiàn) 議棧； 支持 道技術(shù)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信 ; 實現(xiàn) 供多種接入方式，便于應(yīng)用與推廣 第 15頁 鍵性技術(shù)成果 (5) 5、基于 基本設(shè)計架構(gòu) 無線傳感器終端節(jié)點 + 無線傳感器路由節(jié)點 + 支持 + 設(shè)備功能描述 監(jiān)控測試中心數(shù)據(jù)服務(wù)器可視化界面 6第 16頁 結(jié)題匯報提綱 1. 第 17頁 一、 開題計劃完成情況 目 錄 二、主要研究成果 第 18頁 目研究背景 (1) 傳感網(wǎng)絡(luò)由于其技術(shù)優(yōu)勢，在軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。目前對傳感器網(wǎng)絡(luò)安全問題的研究主要分為：密鑰管理、認(rèn)證技術(shù)、加密技術(shù)、對抗攻擊、安全路由。其中數(shù)據(jù)信息加密技術(shù)和身份認(rèn)證技術(shù)是傳感網(wǎng)的主要安全技術(shù)。由于無線信道是開放的，所以不能像有線網(wǎng)絡(luò)那樣依靠通信信道的安全來保護(hù)信息，必須假設(shè)所有網(wǎng)絡(luò)入侵者可以獲得無線信道中傳輸?shù)男畔?nèi)容，因此要通過加密技術(shù)對信息進(jìn)行保護(hù)。同時，由于無線通信信道的開放性，每個合法的網(wǎng)絡(luò)用戶與服務(wù)網(wǎng)絡(luò)之間沒有固定的線路連接，網(wǎng)絡(luò)用戶及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間必須獲得認(rèn)證后才能獲得相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。 作為運營商的中國移動，已經(jīng)有非常完善的廣域覆蓋通信網(wǎng)絡(luò)，但對于物聯(lián)網(wǎng)還是有新的挑戰(zhàn)。面對物聯(lián)網(wǎng)由大量機器構(gòu)成、缺少人對設(shè)備的有效監(jiān)控、數(shù)量龐大、設(shè)備集群等特點，如何保障信息安全問題，除了面對移動通信網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全問題之外，還存在著一些與已有移動網(wǎng)絡(luò)安全不同的特殊安全問題。 第 19頁 目研究背景 (2) 加密的重要性 廣播認(rèn)證的重要性 數(shù)據(jù)以無線形式傳輸 傳輸?shù)倪^程中信息隨時可能被非法竊聽、篡改以及破壞 保證數(shù)據(jù)在無線傳輸時的 加密安全性就顯得尤為重要 保證一個發(fā)送者向?qū)儆谀骋粡V播的大量用戶發(fā)送信息時，接收到的信息或命令的來源合法 如果接收到偽造的命令，傳感器節(jié)點很可能會執(zhí)行錯誤的操作 基站或網(wǎng)絡(luò)用戶向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送節(jié)點廣播命令和數(shù)據(jù)的 認(rèn)證 對于傳感器的正常運作至關(guān)重要 傳感網(wǎng)絡(luò)由于其技術(shù)優(yōu)勢，在軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。 作為運營商的中國移動，已經(jīng)有非常完善的廣域覆蓋通信網(wǎng)絡(luò)，但對于物聯(lián)網(wǎng)還是有新的挑戰(zhàn)。 第 20頁 目研究目標(biāo) 加密算法的研究 廣播認(rèn)證方案的研究 依據(jù)移動物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的特點，并根據(jù)不同加密算法的特點，選擇適用于傳感器不同應(yīng)用場景的加密算法并通過評價因子對其進(jìn)行評價。 選擇好的加密技術(shù)和廣播認(rèn)證協(xié)議，并使兩部分充分結(jié)合、優(yōu)勢互補、滿足傳感網(wǎng)廣播認(rèn)證方案的設(shè)計原則。 應(yīng)用場景搭建 實現(xiàn)智能家居中典型應(yīng)用場景：遠(yuǎn)程抄表、溫度查詢和空調(diào)控制。 第 21頁 要研究內(nèi)容情況 研究內(nèi)容 成果 加密算法 1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全加密算法研究論文 2、傳感器網(wǎng)絡(luò)加密算法應(yīng)遵循的原則歸納 3、適用于傳感網(wǎng)的加密算法篩選及實現(xiàn) 4、加密算法的評價因子確定 廣播認(rèn)證 1、廣播認(rèn)證方案原理研究報告 2、適用于廣播認(rèn)證的加密技術(shù)的選擇與改進(jìn)方案 3、廣播認(rèn)證協(xié)議的選擇與改進(jìn)方案 應(yīng)用場景 1、應(yīng)用及組網(wǎng)方案設(shè)計 2、仿真環(huán)境的實現(xiàn) 第 22頁 究中的主要問題 目前存在的問題 仿真結(jié)果的可靠性 傳統(tǒng)認(rèn)證方案不適用于傳感網(wǎng) 加密密算法選擇的多樣化 解決方案 最終將加密、認(rèn)證技術(shù)推廣到實際應(yīng)用場景進(jìn)行驗證 研究出新的適用于傳感網(wǎng)的認(rèn)證方案 對于不同業(yè)務(wù)制定選擇加密算法的統(tǒng)一評價標(biāo)準(zhǔn) 第 23頁 一、開題計劃完成情況 目 錄 二、主要研究成果 第 24頁 密算法的評價研究 總結(jié)歸納現(xiàn)有加密技術(shù)及加密算法特點 成果： 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全加密算法研究論文 對稱加密算法 非對稱加密算法 1、傳感器網(wǎng)絡(luò)加密算法應(yīng)遵循的原則 成果： 傳感器網(wǎng)絡(luò)加密算法應(yīng)遵循的原則歸納 加密算法速度、存儲空間、通信開銷、實現(xiàn)難易等 2、篩選適用于傳感網(wǎng)的加密算法 成果： 適用于傳感網(wǎng)的加密算法篩選及實現(xiàn) 重點研究 、確定評價因子 成果： 加密算法的評價因子確定 計算時間、存儲空間、節(jié)點數(shù)目等因素 根據(jù)傳感網(wǎng)特點篩選適用的加密算法進(jìn)行研究 第 25頁 播認(rèn)證方案的研究 選擇較好的廣播認(rèn)證協(xié)議作為重點研究對象 選擇較好的加密技術(shù)作為重點研究對象 深入分析現(xiàn)有廣播認(rèn)證方案 成果： 廣播認(rèn)證方案原理研究報告 基于多 基于一次簽名的廣播認(rèn)證方案 基于 基于 成果： 適用于廣播認(rèn)證的加密技術(shù)的選擇與改進(jìn)方案 消息認(rèn)證碼 (術(shù) 一次簽名技術(shù) 橢圓曲線數(shù)字簽名算法(成果： 廣播認(rèn)證協(xié)議的選擇與改進(jìn)方案 基于 基于一次簽名的廣播認(rèn)證協(xié)議 快速廣播認(rèn)證協(xié)議 基于 第 26頁 真平臺的搭建 仿真平臺 編程語言 操作系統(tǒng) 基于 由 出了支持組件化編程的思想，把組件化、模塊化思想和基于事件驅(qū)動的執(zhí)行模型結(jié)合起來 為無線傳感網(wǎng)設(shè)計的開源操作系統(tǒng) ,是基于組件的開發(fā)架構(gòu) ,其組建庫包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 , 分布型業(yè)務(wù) , 傳感器驅(qū)動 , 和數(shù)據(jù)采集工具。