IPv6 Over WSN協(xié)議實現(xiàn)與關鍵技術研究

中國移動集團重點 /聯(lián)合研發(fā)項目結題匯報報告 項目名稱： 2010年度“物聯(lián)網”重大科技專項 莞） 傳感器網絡認證和加密技術研究（中山） 第 2頁 結題匯報提綱 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 無線傳感器網絡低層協(xié)議采用 是符合低速無線個人區(qū)域網（ 求的低層協(xié)議，鏈路層以上基本采用專用的網絡協(xié)議如 用協(xié)議的優(yōu)勢是較為符合 成本、低速率傳輸等要求。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、工農業(yè)、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、搶險救災、防恐反恐、危險區(qū)域遠程控制等許多重要領域都有潛在的實用價值 . 無線傳感器網絡（簡稱 目前物聯(lián)網核心技術之一，它是集信息采集、信息傳輸、信息處理于一體的物聯(lián)網智能傳感系統(tǒng)。 物聯(lián)網核心技術 無線傳感器網絡 21世紀產生巨大影響力的技術 目前各種基礎設施和設備基本采用 么如何將無線傳感器網絡統(tǒng)一納入到 目前無線傳感器網絡發(fā)展中最為關鍵的問題之一。 解決方案：無線傳感器網絡 第 5頁 目研究目標 功耗、傳輸速率等 拓撲結構、鏈路 核心機制 基于 1、基于 現(xiàn) 3、 2、無線傳感器網絡的自適應網絡管理系統(tǒng)和機制。 關鍵技術研究目標 基于無線傳感器網絡的 還存在很多問題需要要進一步解決。 第 6頁 要研究內容 智能監(jiān)控和服務系統(tǒng) 6議 物理層協(xié)議 動協(xié)議 物理層協(xié)議 P/6 轉發(fā)偽驅動 程序 無線傳感器節(jié)點 多協(xié)議網關 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 時間安排 負責公司 工作內容 取得成果 莞移動公司 項目策劃、資料收集、調研總結 1、相關文檔和方案全部按要求完成 北京易安佳通 北京郵電大學 調研分析、總體設計，方案設計 莞移動公司 內部評審，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)議正在改進中 北京易安佳通 北京郵電大學 協(xié)議開發(fā)和實現(xiàn) 內部協(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、預計驗收前可搭建實現(xiàn) 北京易安佳通 北京郵電大學 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) 知識產權成果 撰寫兩篇發(fā)明專利技術交底書： 一種支持優(yōu)先級數據傳輸的 一種基于 6 計劃發(fā)表論文： 基于無線傳感器網絡操作系統(tǒng)的 適用于無線傳感器網絡環(huán)境的 基于無線傳感器網絡的 一種滿足無線傳感器網絡低能耗要求的 基于 節(jié)點 路由設備 網關 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)進行協(xié)議棧調度 ； 4)最大容限控制的內存分配方案 ； 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，對于待定應用可以去掉； 考慮到 壓縮 壓縮其后續(xù)傳輸層或應用層報頭如： 5)發(fā)送過程：從用戶傳感器端產生的數據采用 入壓縮器進行壓縮報頭，隨后進入低速本地鏈路，在協(xié)調器端對收到的數據包進行報頭解壓，之后送入網關，再由網關傳送到主干高速鏈路 (。 6)接收過程：在協(xié)調器從網關接收到高速鏈路傳送過來的數據包，送入壓縮器進行報頭壓縮，之后送入低速本地鏈路，用戶接收到數據包之后進行報頭解壓，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，分別用于負載大于 102字節(jié) )的報文以及負載小于 不分片報文結構 分片報文結構（第一片） 分片報文結構（后續(xù)報文格式） 第 13頁 鍵性技術成果 (3) 3、 用來解決關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）避免重復地址檢測 (4）避免鄰居不可達檢測 (引導過程 統(tǒng)一接入系統(tǒng)模型 優(yōu)化網絡結構、降低系統(tǒng)能耗 第 14頁 鍵性技術成果 (4) 4、 支持網絡的遠程管理； 支持底層無線傳感器網絡針對多種傳感信息的實時檢測、網絡拓撲狀態(tài)的動態(tài)檢測與遠程節(jié)點控制 支持接入以太網、 現(xiàn) 據發(fā)送和接收以及端對端的通信； 支持接入 現(xiàn) 據的發(fā)送和接收； 支持硬件資源相對充足的網關設備實現(xiàn) 議棧； 支持 道技術與現(xiàn)有網絡進行通信 ; 實現(xiàn) 供多種接入方式，便于應用與推廣 第 15頁 鍵性技術成果 (5) 5、基于 基本設計架構 無線傳感器終端節(jié)點 + 無線傳感器路由節(jié)點 + 支持 + 設備功能描述 監(jiān)控測試中心數據服務器可視化界面 6第 16頁 結題匯報提綱 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) 傳感網絡由于其技術優(yōu)勢，在軍事領域和民用領域都得到了廣泛的應用。目前對傳感器網絡安全問題的研究主要分為：密鑰管理、認證技術、加密技術、對抗攻擊、安全路由。其中數據信息加密技術和身份認證技術是傳感網的主要安全技術。由于無線信道是開放的，所以不能像有線網絡那樣依靠通信信道的安全來保護信息，必須假設所有網絡入侵者可以獲得無線信道中傳輸的信息內容，因此要通過加密技術對信息進行保護。同時，由于無線通信信道的開放性，每個合法的網絡用戶與服務網絡之間沒有固定的線路連接，網絡用戶及網絡節(jié)點間必須獲得認證后才能獲得相應的網絡服務。 作為運營商的中國移動，已經有非常完善的廣域覆蓋通信網絡，但對于物聯(lián)網還是有新的挑戰(zhàn)。面對物聯(lián)網由大量機器構成、缺少人對設備的有效監(jiān)控、數量龐大、設備集群等特點，如何保障信息安全問題，除了面對移動通信網絡的傳統(tǒng)網絡安全問題之外，還存在著一些與已有移動網絡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 廣播認證的重要性 數據以無線形式傳輸 傳輸的過程中信息隨時可能被非法竊聽、篡改以及破壞 保證數據在無線傳輸時的 加密安全性就顯得尤為重要 保證一個發(fā)送者向屬于某一廣播的大量用戶發(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 基站或網絡用戶向網絡發(fā)送節(jié)點廣播命令和數據的 認證 對于傳感器的正常運作至關重要 傳感網絡由于其技術優(yōu)勢，在軍事領域和民用領域都得到了廣泛的應用。 作為運營商的中國移動，已經有非常完善的廣域覆蓋通信網絡，但對于物聯(lián)網還是有新的挑戰(zhàn)。 第 20頁 目研究目標 加密算法的研究 廣播認證方案的研究 依據移動物聯(lián)網應用的特點，并根據不同加密算法的特點，選擇適用于傳感器不同應用場景的加密算法并通過評價因子對其進行評價。 選擇好的加密技術和廣播認證協(xié)議，并使兩部分充分結合、優(yōu)勢互補、滿足傳感網廣播認證方案的設計原則。 應用場景搭建 實現(xiàn)智能家居中典型應用場景：遠程抄表、溫度查詢和空調控制。 第 21頁 要研究內容情況 研究內容 成果 加密算法 1、無線傳感器網絡安全加密算法研究論文 2、傳感器網絡加密算法應遵循的原則歸納 3、適用于傳感網的加密算法篩選及實現(xiàn) 4、加密算法的評價因子確定 廣播認證 1、廣播認證方案原理研究報告 2、適用于廣播認證的加密技術的選擇與改進方案 3、廣播認證協(xié)議的選擇與改進方案 應用場景 1、應用及組網方案設計 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 仿真結果的可靠性 傳統(tǒng)認證方案不適用于傳感網 加密密算法選擇的多樣化 解決方案 最終將加密、認證技術推廣到實際應用場景進行驗證 研究出新的適用于傳感網的認證方案 對于不同業(yè)務制定選擇加密算法的統(tǒng)一評價標準 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 總結歸納現(xiàn)有加密技術及加密算法特點 成果： 無線傳感器網絡安全加密算法研究論文 對稱加密算法 非對稱加密算法 1、傳感器網絡加密算法應遵循的原則 成果： 傳感器網絡加密算法應遵循的原則歸納 加密算法速度、存儲空間、通信開銷、實現(xiàn)難易等 2、篩選適用于傳感網的加密算法 成果： 適用于傳感網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)點數目等因素 根據傳感網特點篩選適用的加密算法進行研究 第 25頁 播認證方案的研究 選擇較好的廣播認證協(xié)議作為重點研究對象 選擇較好的加密技術作為重點研究對象 深入分析現(xiàn)有廣播認證方案 成果： 廣播認證方案原理研究報告 基于多 基于一次簽名的廣播認證方案 基于 基于 成果： 適用于廣播認證的加密技術的選擇與改進方案 消息認證碼 (術 一次簽名技術 橢圓曲線數字簽名算法(成果： 廣播認證協(xié)議的選擇與改進方案 基于 基于一次簽名的廣播認證協(xié)議 快速廣播認證協(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動的執(zhí)行模型結合起來 為無線傳感網設計的開源操作系統(tǒng) ,是基于組件的開發(fā)架構 ,其組建庫包括網絡協(xié)議 , 分布型業(yè)務 , 傳感器驅動 , 和數據采集工具。