IPv6 Over WSN协议实现与关键技术研究

中国移动集团重点 /联合研发项目结题汇报报告 项目名称： 2010年度“物联网”重大科技专项 莞） 传感器网络认证和加密技术研究（中山） 第 2页 结题汇报提纲 1. 第 3页 一、 开题计划完成情况 目 录 二、主要研究成果 第 4页 无线传感器网络低层协议采用 是符合低速无线个人区域网（ 求的低层协议，链路层以上基本采用专用的网络协议如 用协议的优势是较为符合 成本、低速率传输等要求。但缺陷也是很明显： 专用协议具有兼容性弱 ; 可扩展性差 ; 无法解决下一代 等核心问题。 目研究背景 在军事国防、工农业、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程控制等许多重要领域都有潜在的实用价值 . 无线传感器网络（简称 目前物联网核心技术之一，它是集信息采集、信息传输、信息处理于一体的物联网智能传感系统。 物联网核心技术 无线传感器网络 21世纪产生巨大影响力的技术 目前各种基础设施和设备基本采用 么如何将无线传感器网络统一纳入到 目前无线传感器网络发展中最为关键的问题之一。 解决方案：无线传感器网络 第 5页 目研究目标 功耗、传输速率等 拓扑结构、链路 核心机制 基于 1、基于 现 3、 2、无线传感器网络的自适应网络管理系统和机制。 关键技术研究目标 基于无线传感器网络的 还存在很多问题需要要进一步解决。 第 6页 要研究内容 智能监控和服务系统 6议 物理层协议 动协议 物理层协议 P/6 转发伪驱动 程序 无线传感器节点 多协议网关 于 P 主要工作包括： 1、 62、 3、 4、 5、实际环境测试 第 7页 题计划完成情况总结 时间安排 负责公司 工作内容 取得成果 莞移动公司 项目策划、资料收集、调研总结 1、相关文档和方案全部按要求完成 北京易安佳通 北京邮电大学 调研分析、总体设计，方案设计 莞移动公司 内部评审，问题梳理，环节分析，修改完善，文档编制 1、基于 2、基于 3、 由协议正在改进中 北京易安佳通 北京邮电大学 协议开发和实现 内部协议模拟测试，修改并完善 莞移动公司 测试验收，修改完善，论文出版、专利申请 1、预计验收前可搭建实现 北京易安佳通 北京邮电大学 协议终验，竣工验收。 第 8页 一、开题计划完成情况 目 录 二、主要研究成果 第 9页 要研究成果 (1) 知识产权成果 撰写两篇发明专利技术交底书： 一种支持优先级数据传输的 一种基于 6 计划发表论文： 基于无线传感器网络操作系统的 适用于无线传感器网络环境的 基于无线传感器网络的 一种满足无线传感器网络低能耗要求的 基于 节点 路由设备 网关 第 10页 要研究成果 (2) 6- 61)满足 成本机制； 2)支持基本 可去掉不必要的组件及额外扩展功能 ; 3)独立于操作系统进行协议栈调度 ； 4)最大容限控制的内存分配方案 ； 6底层 基于 上层 可区别于定上层可采用 在 配层（ 6 ，用于 时可屏蔽底层 硬件对 第 11页 键性技术成果 (1) 1. 1)报头中所有在连接过程中保持不变的域，都可以压缩掉； 2)报头中变化的可以预先知道的域，也可以压缩掉； 3)报头中由链路层可获知的信息域，可以压缩掉； 4)报头中有些域的存在是有条件的或是可选的，对于待定应用可以去掉； 考虑到 压缩 压缩其后续传输层或应用层报头如： 5)发送过程：从用户传感器端产生的数据采用 入压缩器进行压缩报头，随后进入低速本地链路，在协调器端对收到的数据包进行报头解压，之后送入网关，再由网关传送到主干高速链路 (。 6)接收过程：在协调器从网关接收到高速链路传送过来的数据包，送入压缩器进行报头压缩，之后送入低速本地链路，用户接收到数据包之后进行报头解压，还原原始 交由上层处理。 压缩流程 压 缩 前 延 时压 缩 后 延 时压缩演示界面 第 12页 键性技术成果 (2) 2、 息包的分片与重组机制 分段 (分片与重组 )是 6为 以 了减小报文长度，适应层帧头部分为两种格式，即分片格式与不分片格式，分别用于负载大于 102字节 )的报文以及负载小于 不分片报文结构 分片报文结构（第一片） 分片报文结构（后续报文格式） 第 13页 键性技术成果 (3) 3、 用来解决关于相同物理链路上的节点之间的交互问题，邻居发现过程使用 5个不同的 们是路由请求、路由通告、邻居请求、邻居发现和重定向。邻居发现机制优化策略： 1）最小化路由请求和路由公告 避免最初的路由请求和路由公告的链路层广播 避免周期性路由公告的链路层广播 2）最小化邻居请求 避免链路层对已存在节点广播邻居请求信息 避免链路层向不存在的节点广播邻居请求信息 3）避免重复地址检测 (4）避免邻居不可达检测 (引导过程 统一接入系统模型 优化网络结构、降低系统能耗 第 14页 键性技术成果 (4) 4、 支持网络的远程管理； 支持底层无线传感器网络针对多种传感信息的实时检测、网络拓扑状态的动态检测与远程节点控制 支持接入以太网、 现 据发送和接收以及端对端的通信； 支持接入 现 据的发送和接收； 支持硬件资源相对充足的网关设备实现 议栈； 支持 道技术与现有网络进行通信 ; 实现 供多种接入方式，便于应用与推广 第 15页 键性技术成果 (5) 5、基于 基本设计架构 无线传感器终端节点 + 无线传感器路由节点 + 支持 + 设备功能描述 监控测试中心数据服务器可视化界面 6第 16页 结题汇报提纲 1. 第 17页 一、 开题计划完成情况 目 录 二、主要研究成果 第 18页 目研究背景 (1) 传感网络由于其技术优势，在军事领域和民用领域都得到了广泛的应用。目前对传感器网络安全问题的研究主要分为：密钥管理、认证技术、加密技术、对抗攻击、安全路由。其中数据信息加密技术和身份认证技术是传感网的主要安全技术。由于无线信道是开放的，所以不能像有线网络那样依靠通信信道的安全来保护信息，必须假设所有网络入侵者可以获得无线信道中传输的信息内容，因此要通过加密技术对信息进行保护。同时，由于无线通信信道的开放性，每个合法的网络用户与服务网络之间没有固定的线路连接，网络用户及网络节点间必须获得认证后才能获得相应的网络服务。 作为运营商的中国移动，已经有非常完善的广域覆盖通信网络，但对于物联网还是有新的挑战。面对物联网由大量机器构成、缺少人对设备的有效监控、数量庞大、设备集群等特点，如何保障信息安全问题，除了面对移动通信网络的传统网络安全问题之外，还存在着一些与已有移动网络安全不同的特殊安全问题。 第 19页 目研究背景 (2) 加密的重要性 广播认证的重要性 数据以无线形式传输 传输的过程中信息随时可能被非法窃听、篡改以及破坏 保证数据在无线传输时的 加密安全性就显得尤为重要 保证一个发送者向属于某一广播的大量用户发送信息时，接收到的信息或命令的来源合法 如果接收到伪造的命令，传感器节点很可能会执行错误的操作 基站或网络用户向网络发送节点广播命令和数据的 认证 对于传感器的正常运作至关重要 传感网络由于其技术优势，在军事领域和民用领域都得到了广泛的应用。 作为运营商的中国移动，已经有非常完善的广域覆盖通信网络，但对于物联网还是有新的挑战。 第 20页 目研究目标 加密算法的研究 广播认证方案的研究 依据移动物联网应用的特点，并根据不同加密算法的特点，选择适用于传感器不同应用场景的加密算法并通过评价因子对其进行评价。 选择好的加密技术和广播认证协议，并使两部分充分结合、优势互补、满足传感网广播认证方案的设计原则。 应用场景搭建 实现智能家居中典型应用场景：远程抄表、温度查询和空调控制。 第 21页 要研究内容情况 研究内容 成果 加密算法 1、无线传感器网络安全加密算法研究论文 2、传感器网络加密算法应遵循的原则归纳 3、适用于传感网的加密算法筛选及实现 4、加密算法的评价因子确定 广播认证 1、广播认证方案原理研究报告 2、适用于广播认证的加密技术的选择与改进方案 3、广播认证协议的选择与改进方案 应用场景 1、应用及组网方案设计 2、仿真环境的实现 第 22页 究中的主要问题 目前存在的问题 仿真结果的可靠性 传统认证方案不适用于传感网 加密密算法选择的多样化 解决方案 最终将加密、认证技术推广到实际应用场景进行验证 研究出新的适用于传感网的认证方案 对于不同业务制定选择加密算法的统一评价标准 第 23页 一、开题计划完成情况 目 录 二、主要研究成果 第 24页 密算法的评价研究 总结归纳现有加密技术及加密算法特点 成果： 无线传感器网络安全加密算法研究论文 对称加密算法 非对称加密算法 1、传感器网络加密算法应遵循的原则 成果： 传感器网络加密算法应遵循的原则归纳 加密算法速度、存储空间、通信开销、实现难易等 2、筛选适用于传感网的加密算法 成果： 适用于传感网的加密算法筛选及实现 重点研究 、确定评价因子 成果： 加密算法的评价因子确定 计算时间、存储空间、节点数目等因素 根据传感网特点筛选适用的加密算法进行研究 第 25页 播认证方案的研究 选择较好的广播认证协议作为重点研究对象 选择较好的加密技术作为重点研究对象 深入分析现有广播认证方案 成果： 广播认证方案原理研究报告 基于多 基于一次签名的广播认证方案 基于 基于 成果： 适用于广播认证的加密技术的选择与改进方案 消息认证码 (术 一次签名技术 椭圆曲线数字签名算法(成果： 广播认证协议的选择与改进方案 基于 基于一次签名的广播认证协议 快速广播认证协议 基于 第 26页 真平台的搭建 仿真平台 编程语言 操作系统 基于 由 出了支持组件化编程的思想，把组件化、模块化思想和基于事件驱动的执行模型结合起来 为无线传感网设计的开源操作系统 ,是基于组件的开发架构 ,其组建库包括网络协议 , 分布型业务 , 传感器驱动 , 和数据采集工具。