ارزیابی کارایی پارامترهای موثر در شبکه حسگر بیسیم - پارامتر امنیت و طول عمر شبکه
چکیده
یک شبکه حسگر متشکل از تعداد زیادی گره‌های حسگری است که در یک محیط به طور گسترده پخش شده و به جمع‌آوری اطلاعات از محیط می‌پردازند. بیشترین کاربرد در شبکه حسگر بیسیم پروتکل های جمع آوری داده به منظور جمع آوری و پخش اطلاعات محیطی برای گزارش به مقام بالاتر می باشد. با این حال در بسیاری از الگوریتم هایی که پیشنهاد می شود توجه کمتری به مسائل مربوط به امنیت شده است. هدف از انجام این پروژه بررسی پارامترهای شبکه حسگر بیسیم اعم از تحمل خرابی، قابلیت گسترش، هزینه تولید، تنگناهای سخت افزاری، توپولوژی و ... است که از بین این پارامترها، پارامتر امنیت و طول عمر شبکه به تفصیل بررسی شده است. در این پایان نامه، تهدیدات امنیتی در کل شبکه حسگر بیسیم را بیان می کنیم و یک مطالعه گسترده بر روی طبقه بندی پروتکل های جمع آوری داده های دردسترس و همچنین تجزیه و تحلیل تهدیدات امنیتی که ممکن است بر روی آن ها رخ دهد انجام می دهیم. همچنین پارامتر طول عمر شبکه حسگر بیسیم در پروتکل LEACH بررسی شده است
کلمات کلیدی: شبکه حسگر بیسیم، پروتکل جمع آوری اطلاعات، پارامترهای شبکه حسگر بیسیم، تهدیدات امنیتی شبکه، طول عمر در شبکه حسگر بیسیم،
1 معرفی شبکه های حسگر بیسیم
شبکههای حسگر از تعدادی حسگر کوچک در اندازه‌های یک تا دو میلیمتر ساخته شدهاست که به همراه یک دستگاه فرستنده و گیرنده بیسیم، اطلاعات را به دستگاه مرکزی به عنوان کاربر نهایی می‌فرستد. کار بر روی شبکههای حسگر در ابتدا با اهداف و کاربردهای نظامی و دفاعی اغاز شد ولی به سرعت کاربردهای بسیار دیگری نیز پیدا کرد که برخی از کاربردهای این فناوری در کاربردهای نظامی و امنیتی (کنترل نیروها و تجهیزات نظامی، تشخیص نفوذ و تجسس در محیط های جنگی)، نظارت بر محیط های داخلی و خارجی (کاربرد در ساختمانهای هوشمند، کنترل ترافیک، تشخیص حوادث طبیعی، کشاورزی و نظارتهای زیست محیطی)، کاربردهای صنعتی (کنترل دقیق نیروی انسانی، پیگیری کالاهای تولیدی، نظارت بر خط تولید و حفاظت و کنترل ایمنی محیط) و کاربردهای پزشکی (مراقبت از سلامت انسان و جراحی) است. در بیانی جامعتر کاربردها را به سه دسته نظامی تجاری پزشکی تقسیم میکنیم که سیستم های ارتباطی، فرماندهی، شناسایی، دیدهبانی و میدان مین هوشمند، سیستمهای هوشمند دفاعی از کاربردهای نظامی میباشد. در کاربردهای مراقبت پزشکی سیستمهای مراقبت از بیماران ناتوان که مراقبی ندارند. محیطهای هوشمند برای افراد سالخوده و شبکه ارتباطی بین مجموعه پزشکان با یکدیگر و پرسنل بیمارستان و نظارت بر بیماران از جمله کاربردهای ان است.کاربردهای تجاری طیف وسیعی از کاربردها را شامل می شود مانند سیستمهای امنیتی تشخیص و مقابله با سرقت، اتش سوزی(درجنگل)، تشخیص الودگیهای زیست محیطی از قبیل الودگیهای شیمیای، میکروبی، هستهای، سیستمهای ردگیری، نظارت و کنترل وسایل نقلیه و ترافیک، کنترل کیفیت تولیدات صنعتی، مطالعه در مورد پدیدههای طبیعی مثل گردباد، زلزله، سیل، تحقیق در مورد زندگی گونههای خاص از گیاهان و جانوران و .. در برخی از کاربردها نیز شبکه حسگر بعنوان گروهی از رباتهای کوچک که با همکاری هم فعالیت خاصی را انجام میدهند استفاده میشود.
دیگر خصوصیت‌های منحصر به فرد شبکههای حسگر، توانایی همکاری و هماهنگی بین گره‌های حسگر است. هر گره حسگر روی برد خود دارای یک پردازشگر است و به جای فرستادن تمامی اطلاعات خام به مرکز یا به گره‌ای که مسئول پردازش و نتیجه‌گیری اطلاعات است، ابتدا خود یک سری پردازش‌های اولیه و ساده را روی اطلاعاتی که به دست اورده است، انجام می‌دهد و سپس داده‌های نیمه پردازش شده را ارسال می‌کند.
با اینکه هر حسگر به تنهایی توانایی ناچیزی دارد، ترکیب صدها حسگر کوچک امکانات جدیدی را عرضه می‌کند. در واقع قدرت شبکههای حسگر بیسیم در توانایی به‌کارگیری تعداد زیادی گره کوچک است که خود قادرند سرهم و سازماندهی شوند و در موارد متعددی چون مسیریابی هم‌زمان، نظارت بر شرایط محیطی، نظارت بر سلامت ساختارها یا تجهیزات یک سیستم به کار گرفته شوند.
گستره کاربری شبکههای حسگر بیسیم بسیار وسیع بوده و از کاربردهای کشاورزی، پزشکی و صنعتی تا کاربردهای نظامی را شامل میشود. به عنوان مثال یکی از متداول‌ترین کاربردهای این تکنولوژی، نظارت بر یک محیط دور از دسترس است. مثلاً نشتی یک کارخانه شیمیایی در محیط وسیع کارخانه می‌تواند توسط صدها حسگر که به طور خودکار یک شبکه بیسیم را تشکیل میدهند، نظارت شده و در هنگام بروز نشت شیمیایی به سرعت به مرکز اطلاع دادهشود.
در این سیستم‌ها بر خلاف سیستمهای سیمی قدیمی، از یک سو هزینه‌های پیکربندی و ارایش شبکه کاسته میشود از سوی دیگر به جای نصب هزاران متر سیم فقط باید دستگاه‌های کوچکی را که تقریباً به اندازه یک سکه هستند، را در نقاط مورد نظر قرار داد. شبکه به سادگی با اضافه کردن چند گره گسترش می‌یابد و نیازی به طراحی پیکربندی پیچیده نیست
فهرست مطالب
فصل اول مقدمه. 1
1 1 معرفی شبکه های حسگر بیسیم.. 2
1 2 ویژگی های شبکه حسگر بیسیم.. 4
1 3 ویژگی‌های سخت‌افزاری.. 6
1 4 ساختارهای شبکه حسگر بی سیم.. 9
فصل دوم پارامترهای شبکه حسگر بیسیم.. 13
2 1 پارامترهای موثر در شبکه حسگر بیسیم.. 14
فصل سوم امنیت در شبکه حسگر بیسیم.. 22
3 1 پروتکل های مسیریابی در شبکه حسگر بیسیم.. 23
3 1 1پروتکل های با محوریت داده. 27
3 1 1 1Flooding و Gossiping. 28
3 1 1 2[Intanagonwiwat_00] SPIN.. 29
3 1 1 3 [Intanagonwiwat_00] Directed Diffusion. 30
3 1 1 4Shah_02 EAR.. 32
3 1 1 5 [Schurgers_01[ GBR.. 34
3 1 2 پروتکل های سلسله مراتبی.. 36
3 1 3 پروتکل های مبتنی بر مکان.. 44
3 1 4 پروتکل های مبتنی بر جریان شبکه و کیفیت خدمات.. 47
3 1 5 جمع بندی پروتکل های مسیریابی برای شبکه های حسگر بیسیم.. 52
3 2 حمله و مهاجم.. 55
3 3 نیازمندی های امنیتی [Rehana 09] و [Muazzam 11]. 56
3 4 کلاس های امنیتی.. 58
3 5 مدل های تهدید[Kalita 09] و [Mohanty 05 10]. 60
3 7 حمله های ممکن بر علیه شبکه حسگر بیسیم[MOHANTY 05 10] و [Pandey 10]. 63
3 8 حمله های ممکن به پروتکل های موجود. 72
3 8 1 پروتکل های مسیریابی مبتنی بر سطح.. 73
3 8 1 1 حملات ممکن به پروتکل مسیریابی مبتنی بر سطح.. 73
3 8 1 2 حملاتی که قابل اجرا برروی پروتکل مسیریابی مبتنی بر سطح نیست... 75
3 8 2 پروتکل سلسله مراتبی.. 75
3 8 3 پروتکل مبتنی بر مکان.. 77
3 8 3 1حمله های ممکن به پروتکل های مبتنی بر مکان.. 78
3 8 3 2 حمله هایی که بر روی پروتکل های مبتنی بر مکان قابل اجرا نیست... 79
3 8 4 جریان شبکه و پروتکل QOS aware. 79
3 8 4 1حملات ممکن به جریان شبکه و پروتکل QOS award. 80
3 8 4 2حملاتی که به جریان شبکه و پروتکل QOS award قابل اجرا نیست... 81
فصل چهارم طول عمر در شبکه حسگر بیسیم.. 82
1 4 پروتکل LEACH [Amini 07]. 83
1 4 1 الگوریتم انتخاب سرخوشه]اباذری طرقبه 89[. 85
1 4 2 الگوریتم تشکیل خوشه. 88
1 4 3 فاز حالت پایدار. 93
فصل پنجم نتیجه گیری.. 98
مراجع.. 100
Abstract 102
ارزیابی کارایی پارامترهای موثر در شبکه حسگر بیسیم