مقاله کامل امنیت شبکه های حسگر بی سیم

پایان نامه دوره کارشناسی کامپیوتر
گرایش نرم افزار
موضوع:
امنیت شبکه های حسگر بی سیم
استاد راهنما:
جناب مهندس معظمی
دانشجویان:
سید حمید بیضائی
مجید نوری
شهريور1388

پایان نامه دوره کارشناسی کامپیوتر
گرایش نرم افزار
موضوع:
امنیت شبکه های سنسوری بی سیم
نام استاد راهنما : جناب مهندس معظمی
نمره استاد : امضا استاد راهنما
چکیده
تحمل پذيري خطا در شبکه هاي حسگر بي سيم به دليل چالشهاي فني و مفهومي منحصربفرد از
اهميت ويژه اي برخوردار است.در اين مقاله با توجه به محدوديت ها و شرايط عملياتي ويژه ي
شبکه هاي حسگر، روشي را براي بهبود تحمل پذيري خطا مانند تشخيص خطا در اين نوع شبکه ها مورد بررسي قرار مي دهيم.روش پيشنهادي به صورت روشي جديد قابليت تشخيص خطا در شبکه هاي حسگر را بهبود مي
بخشد.در اين روش با استفاده از گره هاي ذخيره شده در ساختاري خوشه اي تحمل پذيري خطا مانند تشخيص صحيح خطا و ترميم آن را افزايش داده ايم.ارزيابي روش پيشنهادي و مقايسه ي آن با روش ديگر، بهبود روش پيشنهادي را نشان مي دهد.
واژه هاي كليدي :
شبکه هاي حسگر بي سيم ، تحمل پذيري خطا ، ترميم خطا ، مديريت شبکه.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
=======================================================
مقدمه 1
فصل اول
شبکه های حسگربی سیم 2
چرا شبکه های حسگر؟ 2
تاريخچة شبكه هاي حسگر 3
ساختار كلي شبكه حسگر بي سيم 4
ساختمان گره 6
ويژگي ها 7
موضوعات مطرح 7
تنگناهاي سخت افزاري 8
توپولوژي 8
قابليت اطمينان 8
مقياس پذيري 8
قيمت تمام شده 9
شرايط محيطي 9
رسانه ارتباطي 9
توان مصرفي گره ها 9
افزايش طول عمر شبكه 10
ارتباط بلادرنگ و هماهنگي 10
امنيت و مداخلات 11
عوامل پیش بینی نشده 11
نمونه ی پیاده سازی شده شبکه حسگر 12
بررسي نرم ا فزارهاي شبيه سازي شبكه 14
خصوصيات لازم براي شبيه سازهاي شبكه 15
شبيه ساز NS(v2) 16
معماري دروني NS 16
مدل VuSystem 16
شبيه ساز OMNeT++ 17
شبیه ساز Ptolemy II 18
مدل سازی شبکه های بی سیم 20
اجرای یک مدل پیش ساخته 20
تغییر پارامترها 22
ساختار یک مدل پیش ساخته 23
نمایش بصری(آیکون ها) 23
کانال ها 26
اکتور های مرکب 27
کنترل اجرا 28
ساخت یک مدل جدید 29
به کارگیری اکتور plot 39
قابلیت های مدل سازی 41
شبیه سازی رویداد گسسته 41
مدل های کانال 42
مدل های گره بی سیم 42
مثال هایی از قابلیت مدل سازی 42
1.ساختار بسته ها 42
2.اتلاف بسته ها 42
3.توان باتری 43
4.اتلاف توان 43
5.برخورد ها 44
6.بهره آنتن دهی ارسال 47
ساختار نرم افزار 50
چند مثال و کاربرد 54
فهمیدن تعامل (واکنش) در شبکه های حسگر 54
نقایص شبکه های حسگر 54
توانایی های توسعه یافته شبکه های حسگر 54
طراحی ومدل کردن ناهمگن پتولومی 54
مدل شبکه حسگر 55
نمونه های ایجاد شده توسط نرم افزار 55
غرق سازی 55
مثلث بندی 56
نظارت بر ترافیک 57
گمشده جنگی در منطقه دشمن و تعقیب کننده 58
جهان کوچک 60
فصل دوم
امنیت در شبکه های حسگر بی سیم 61
مقدمه 61
چالش های ایمنی حسگر 63
استقرار نیرومند 63
محیط مهاجم 64
نایابی منبع 64
مقیاس بزرگ 64
حملات و دفاع 64
لایه فیزیکی 65
تراکم 65
کوبش 66
لایه اتصال 67
برخورد 67
تخلیه 67
لایه شبکه 68
اطلاعات مسیر یابی غلط 68
عملیات انتخابی حرکت به جلو 68
حمله چاهک 69
حمله سایبیل 69
حمله چاهک پیچشی 69
حمله جریان آغازگر 69
اعتبار و رمز گذاری 70
نظارت 70
پروب شدن 71
فراوانی 71
راه حل های پیشنهادی 71
پروتکل های ارتباط 71
معماری های مدیریت کلیدی 75
LEAP 75
LKHW 75
پیش نشر کلیدی به صورت تصادفی 76
Tiny PK 76
نتیجه گیری 77
فصل سوم
بهبود تحمل پذيري خطا در شبکه هاي حسگر بي سيم 78
کارهاي انجام شده 78
سازمان دهي گره ها و عملکرد سيستم 79
روش پيشنهادي 81
4-1 شبيه سازي دو روش 83
4-2 ارزيابي 83
نتيجه گيري 84
فصل چهارم
مقاله انگلیسی SECURITY IN WIRELESS SENSOR NETWORKS 96
منابع 98
مقدمه
شبکه هاي حسگر بي سيم به عنوان يک فناوري جديد از پيشروترين فناوري هاي امروزي مي باشند. اين شبکه ها محدوديت ها، توانايي ها ,ويژگي ها، پيچيدگي ها و محيط عملياتي خاص خود را دارند که آنها را از نمونه هاي مشابه، همچون شبکه هاي موردي متفاوت مي کند [ 1] .امروزه قابليت اطمينان و تحمل پذيري خطا در شبکه هاي حسگر، با درنظر گرفتن کيفيت بهتر يکي از زمينه هاي مهم تحقيقاتي است. دستيابي به اطلاعات با کيفيت با محدوديت هاي درنظر گرفته شده در هنگامي که خطا وجود دارد يکي از چالش هاي شبکه هاي حسگر است[ 2,3].
خطا در شبکه هاي حسگر به صورت يک رويداد طبيعي به شمار مي آيد و برخلاف شبکه هاي معمولي و سنتي يک واقعه ي نادر نيست. براي تضمين کيفيت سرويس در شبکه هاي حسگر
ضروري است تا خطاها را تشخيص داده و براي جلوگيري از صدمات ناشي از بروز خطا، عمل مناسب را در بخش هايي که آسيب ديده اند انجام دهيم[ 4].
دو بخش مهم در تحمل پذيري خطا يکي تشخيص خطاو ديگري ترميم خطا است. در مرحله ي تشخيص خطا مهم اين است که بتوان با صرف هزينه ي کم و با دقت بالا به اين نتيجه رسيد که واقعا خطايي رخ داده است و گره هاي آسيب ديده را شناسايي نمود. در مرحله ي ترميم مهم است که پس از تشخيص خطا، بتوان گره هاي آسيب ديده را به وضعيتي که قبل از بروز خطا داشتند، رساند. در شبکه هاي حسگر تشخيص خطا مي تواند در مواردي همچون امنيت و کارايي به کار گرفته شود.
در اين مقاله با توجه به اهميت تشخيص خطا و کاربرد تحمل پذيري خطا در شبکه هاي حسگر و با توجه به مدل واقعه گرا براي جمع آوري داده ها در شبکه هاي حسگر، روشي جديد براي تشخيص خطا با توجه به ساختاري خوشه اي پيشنهاد شده است. هدف اصلي، بهبود و تشخيص درست گره هاي آسيب ديده در شبکه هاي حسگر است .
بخش هاي مختلف اين مقاله به صورت زير تقسيم بندي شده است. در بخش ۲ در مورد روش ها و کارهاي انجام شده براي افزودن تحمل- پذيري خطا در شبکه هاي حسگر توضيح داده مي شود. در بخش ۳ سازماندهي گره ها در ساختار خوشه اي و نحوه ي عملکرد آنها براي افزودن روش پيشنهادي توضيح داده مي شود. در بخش ۴ روش پيشنهادي توضيح داده مي شود و در انتها شبيه سازي و ارزيابي روش پيشنهادي و مقايسه ي آن با روش [ 4] انجام مي شود و بهبود روش پيشنهادي نسبت به اين روش نشان داده مي شود
فصل اول : شبکه های حسگر بی سیم
شبكه حسگر/كارانداز (حسگر) شبكه اي است متشكل از تعداد زيادي گره كوچك. در هر گره تعدادي حسگر و/يا كارانداز وجود دارد. شبكه حسگر بشدت با محيط فيزيكي تعامل دارد. از طريق حسگرها اطلاعات محيط را گرفته و از طريق كار انداز ها واكنش نشان مي دهد. ارتباط بين گره ها بصورت بي سيم است. هرگره بطور مستقل و بدون دخالت انسان کار میکند و نوعا از لحاظ فيزيكي بسيار كوچك است ودارای محدودیت هایی در قدرت پردازش, ظرفيت حافظه, منبع تغذيه, … می باشد. اين محدوديت ها مشكلاتي را بوجود مي آورد كه منشأ بسياري از مباحث پژوهشي مطرح در اين زمينه است. اين شبكه از پشته پروتكلي شبكه هاي سنتي پيروي مي كند ولي بخاطر محدودیت ها و تفاوتهاي وابسته به كاربرد, پروتكل ها بايد باز نويسي شوند.
چرا شبکه های حسگر؟
امروزه زندگی بدون ارتباطات بی سیم قابل تصور نیست.پیشرفت تکنولوژی CMOS و ایجاد مدارات کوچک و کوچکتر باعث شده است تا استفاده از مدارات بی سیم در اغلب وسایل الکترونیکی امروز ممکن شود.این پیشرفت همچنین باعث توسعه ریز حسگر ها شده است.این ریز حسگر ها توانایی انجام حس های بی شمار در کارهایی مانند شناسایی صدا برای حس کردن زلزله را دارا می باشند همچنین جمع آوری اطلاعات در مناطق دور افتاده ومکان هایی که برای اکتشافات انسانی مناسب نیستند را فراهم کرده است. اتومبیل ها می توانند از ریز حسگر های بی سیم برای کنترل وضعیت موتور, فشار تایرها, تراز روغن و… استفاده کنند.خطوط مونتاژ می توانند از این سنسورها برای کنترل فرایند مراحل طول تولید استفاده کنند.در موقعیت های استراتژیک ریز حسگرها می توانند توسط هواپیما بر روی خطوط دشمن ریخته شوند و سپس برای رد گیری هدف(مانند ماشین یا انسان) استفاده شوند. در واقع تفاوت اساسی این شبکه ها ارتباط آن با محیط و پدیده های فیزیکی است شبکه های سنتی ارتباط بین انسانها و پایگاه های اطلاعاتی را فراهم می کند در حالی که شبکه ی حسگر مستقیما با جهان فیزیکی در ارتباط است با استفاده از حسگرها محیط فيزيكي را مشاهده کرده, بر اساس مشاهدات خود تصميم گيري نموده و عمليات مناسب را انجام می دهند. نام شبكه حسگر بي سيم يك نام عمومي است براي انواع مختلف كه به منظورهاي خاص طراحي مي شود. برخلاف شبكه هاي سنتي كه همه منظوره اند شبكه هاي حسگر نوعا تك منظوره هستند.در هر صورت شبکه های حسگر در نقاط مختلفی کاربرد دارند برخی از این کاربرد ها به صورت فهرست وار آورده شده است:
نظامی (برای مثال ردگیری اشیاء)
بهداشت(برای مثال کنترل علائم حیاتی)
محیط(برای مثال آنالیززیستگاه های طبیعی)
صنعتی(برای مثال عیب یابی خط تولید)
سرگرمی(برای مثال بازی مجازی)

فایل : 108 صفحه

فرمت : Word