论文题目：基于机会网络的隐蔽传输系统关键技术研究
摘要：随着网络互联和数据共享的加深,通信网络的信息安全面临较大威胁。加密通信对数据本身进行加密,但随着解密算法的发展,解密设备的计算能力日益增强,秘密信息仍然存在被破解的风险;此外,加密后的数据多为乱码,容易引起第三方的注意与破坏。针对该问题,对通信行为进行隐藏的隐蔽通信技术应运而生。但由于传统网络中通信设备如路由器、基站等对数据本身及其传播路径进行记录,网络监听者能够轻易地拦截秘密数据和追溯发送方,因此,发展一种更加隐蔽和安全的传输方案已经迫在眉睫。传输路径随机的机会网络为此提供了一种新的思路。机会网络是一种无需端到端的完整通路即可实现通信的自组织网络。在间歇性连接的链路环境下,随机移动的节点利用相遇机会对信息进行“存储-携带-转发”,这种通信方式使消息在多跳传输的过程中转发路径不确定,难以被精确预测,从而实现对敏感信息与发送方的保护。本文结合机会网络的特征,提出一种基于机会网络的隐蔽传输系统,实现对通信过程的隐藏。然而由于节点间歇性连接且网络资源有限,机会网络的通信容量、传输效率和可靠性还不能满足实际通信需求。目前提高通信质量的相关研究采用较为理想化的模型,难以有效应对实际应用场景;同时机会网络的间歇性连接和自组织特征使收发双方无法验证所有中继设备的可信度,降低通信过程的可靠性。为了提高系统在实际应用中的可靠性和传输效率,本文对机会网络的应用层与束层协议进行研究。主要研究内容包括以下几个部分:1、考虑到机会网络中节点单次接触的传输容量有限,需要对较大文件进行分片处理,而传输容量与网络中节点的移动性和接触模型有关,因此本文针对不同的网络模型设计了两种分片机制:面向同构网络模型的均匀分片机制,和面向异构网络模型的自适应分片机制。根据网络平均传输容量设置分片大小,使节点接触机会得到充分利用,提升消息投递率,降低平均投递时延。2、传输可靠性是隐蔽传输系统的研究重点。针对传统的机会网络传输机制在资源受限的环境下效率较低、易产生网络拥塞的问题,提出一种改进的基于编码与反馈的可靠传输机制。通过对网络中编码包的传输过程建立常微分方程,得到基于马尔科夫链的文件时延模型;在随机分析框架下对编码包的传输过程和发送数量进行优化控制,保证文件可靠传输,同时降低投递时延和网络开销。3、针对实际移动设备的缓存、带宽等资源受限的情况,提出一种高效的面向应用的缓存管理策略。与现有的缓存管理策略不同,本策略额外考虑了节点接触时间和异构的移动性的影响,以更准确地计算每条消息的效用,然后根据该效用值大小对缓存中的消息进行删除和调度,以最小化整个网络的期望投递时延。仿真结果表明:与经典的缓存策略相比,提出的策略能显著降低平均传输时延和网络开销,同时提升消息投递率。4、针对机会网络攻击中频繁出现的黑洞攻击,提出了一种基于动态信任模型的机会网络安全路由协议。现有信任模型忽略了节点信任值的时变性,会影响节点安全类型的划分,导致数据传输的可靠性下降,而本文通过实时收集节点之间的接触情况和转发消息的行为,动态更新节点的信任值,从而得到准确的安全性评估结果,建立更可靠的安全路由度量标准。此外针对恶意节点之间串通伪造接触信息的问题,本文结合Guy Fawkes协议对节点交互的接触信息进行加密,在路由时选择信任值更大的非恶意邻居节点作为中继,以消除黑洞攻击对数据传输的影响,同时保持较低的网络开销及能源消耗。5、搭建仿真平台对本文提出系统整体性能进行了测试与分析,对实际的网络环境进行了模拟,仿真参数如下:采用某个城市的部分地图数据,面积约28平方千米,共设置120个节点,分为行人、汽车、电车三种不同类型,其中黑洞节点占10%;只考虑从源节点到目的节点的单播;仿真运行时间为10天,对于传输过程的模拟是足够的。为了去除仿真实验中的随机性带来的影响,我们取多次独立实验的平均值作为结果,置信区间为95%。结果显示,本文提出的系统能够解决机会网络传输不可靠的问题,同时使消息在较短的时延内被成功投递,保持较小的网络开销和能源消耗;在安全性上能较大的缓解恶意节点对消息传输带来的负面影响,因此能够满足实际通信需要,具有较好的实用价值和应用前景。
关键词：隐蔽传输系统;机会网络;可靠传输机制;缓存管理策略;分片机制
学科专业：电路与系统
主要创新点
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 机会网络概述
1.2.1 机会网络的特点
1.2.2 机会网络的体系结构
1.3 基于机会网络的隐蔽传输系统面临的挑战
1.4 国内外研究现状
1.4.1 机会网络分片机制的研究现状
1.4.2 机会网络的可靠传输机制研究现状
1.4.3 机会网络的缓存管理算法研究现状
1.4.4 机会网络中安全路由协议现状
1.5 主要研究工作
第二章 机会网络的主动分片机制
2.1 引言
2.2 网络模型与设置
2.3 基于网络有效吞吐量最大化的文件均匀分片算法
2.3.1 均匀分片大小问题描述
2.3.2 有效吞吐量理论模型
2.3.3 最优分片算法
2.4 基于传输容量预测的自适应分片算法
2.4.1 节点的接触时间预测
2.4.2 自适应分片算法
2.5 分片机制与路由协议的结合
2.6 仿真与分析
2.6.1 均匀分片
2.6.2 自适应分片
2.7 小结
第三章 基于周期性编码与反馈的机会网络可靠传输机制
3.1 引言
3.2 文件编码方式
3.3 网络模型与问题分析
3.3.1 网络模型
3.3.2 问题分析
3.4 基于周期性编码与反馈的可靠传输算法
3.4.1 文件的可靠传输过程概述
3.4.2 文件的可靠传输算法
3.5 文件传输的分析模型
3.5.1 单个周期内编码包传输动态模型
3.5.2 单个周期内编码包的投递时延分布
3.5.3 ACK回传的动态模型
3.5.4 基于马尔科夫链的文件传输往返时延模型
3.6 文件传输的理论往返时延的最优化
3.6.1 约束条件
3.6.2 优化算法
3.7 仿真实验与分析
3.7.1 性能指标
3.7.2 模型验证
3.7.3 可靠传输算法的性能
3.8 小结
第四章 机会网络缓存管理策略
4.1 引言
4.2 问题分析
4.2.1 节点接触行为的异构特性
4.2.2 链路持续时间因素对消息投递效率的影响
4.3 网络模型
4.4 面向应用的机会网络缓存管理机制
4.4.1 节点需要收集的全局网络信息
4.4.2 数学模型构建
4.4.3 消息效用函数设计
4.4.4 丢弃和调度策略
4.5 仿真实验与分析
4.5.1 仿真设置
4.5.2 性能指标
4.5.3 策略性能
4.6 小结
第五章 基于节点信任管理的机会网络安全路由策略
5.1 引言
5.2 网络模型与攻击模型
5.2.1 网络模型
5.2.2 攻击模型
5.3 基于节点信任管理的安全路由
5.3.1 不可抵赖票据的交换
5.3.2 节点信任值的评估模型
5.3.3 信任节点集划分
5.3.4 安全路由策略
5.4 仿真实验与分析
5.4.1 仿真设置
5.4.2 性能指标
5.4.3 仿真结果分析
5.5 小结
第六章 基于机会网络的隐蔽传输系统的仿真与分析
6.1 引言
6.2 综合仿真结果
6.2.1 性能指标
6.2.2 系统性能
6.3 小结
第七章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
致谢