支持QoS的多媒体传感器网络安全可信关键技术研究
多媒体传感器网络是传统无线传感器网络的高级形式，更多地关注音频、视频、图像等大数据量感知信息的采集与处理，广义的多媒体数据应包含数值数据、图像、音频、视频以及这些数据的混合，“无线传感器网络”、“传统数值传感器网络（traditional scalar sensor networks）”、“图像传感器网络（image sensor networks）”、“音频传感器网络（audio sensor networks）”、“视频传感器网络（video sensor networks）”、“可视传感器网络（visual sensor networks）”等单类型传感器网络或这些单类型传感器网络的混合，均可纳入多媒体传感器网络概念范畴。多媒体传感器网络的应用相关的QoS需求体现在音视频、图像质量、网络时延、网络能耗、覆盖范围、服务持续时间、多媒体信息处理等方面，建立其QoS保障体系是多媒体传感器网络设计的关键问题，同时，在遭受破坏和干扰的情况下可靠、可信、安全地感知、处理和传输多媒体信息也是制约多媒体传感器网络推广应用的重要问题，而信任管理作为传统以加密为基础的信息安全手段的重要补充，在识别内部攻击、恶意节点、自私节点等方面具有显著优势，因此，在广泛物联、普适计算的前提下，研究支持QoS的多媒体传感器网络安全可信关键技术具有显著的现实意义。本文特别针对多流量共存多媒体传感器网络多样的QoS保障需求，研究以多媒体传感器网络信任管理模型，侧重于面向多媒体传感器网络的可信QoS保障框架、考虑QoS保障的信任管理模型、多径路由信任融合方法、可信QoS负载均衡机制等几个方面，提出了相应的新模型、新方法和新算法，并给出了仿真和分析。论文工作和贡献主要包括以下几个方面： （1）分析了多媒体传感器网络应用相关的QoS需求，研究了多媒体传感器网络协议栈各层QoS保障机制，在此基础上，构建多媒体传感器网络可信QoS度量体系，并面向层簇型多媒体传感器网络建立分层可信QoS管理系统体系结构，最后，形式化描述了可信QoS跨层保障问题。提出的可信QoS保障框架可为层簇型多媒体传感器网络中的考虑QoS保障的信任管理系统设计提供参考。 （2）针对层簇式多媒体传感器网络拓扑，区分多媒体传感器网络中的不同流量类型，提出了基于流量类型，保障安全性和QoS需求的信任计算方法，在源节点对目标节点进行信任评价时，通过节点交互行为识别恶意节点，基于推荐节点可靠度的节点交互行为可信计算能够有效消减恶意节点对目标节点信任度量的干扰效应，同时，衡量不同流量类型数据包在节点的排队时延、剩余能量等因素，基于不同流量的不同QoS保障需求对节点信任值进行功能性区分，适用于多种流量共存的多媒体传感器网络。提出的信任管理模型能够在消减恶意节点对目标节点信任度量干扰的情况下，为多媒体传感器网络多流量类型路由提供可信的QoS选路依据，同时，还提出了基于相关性的多媒体传感器网络数据信任管理方法。 （3）为无线多媒体传感器网络中节点不相交多径路由，考虑QoS因素，提出了一种新的信任融合方法，在考量服务质量保障的基础上，进一步研究单节点信任计算方法，对单路径路由上的节点信任值进行融合，计算单条路由路径的信任值，然后，然后聚焦节点不相交多路径路由，对形成的从源节点到目的节点的多条路由路径的信任值进行融合。提出的多径路由信任融合方法，可以有效评估多径路由可信QoS保障性能，并为多径路由流量调度和负载均衡提供参考依据，同时，还在多径路由信任融合的基础上，建立节点不相交无干扰逻辑管道，设计了节点不相交安全可信多径路由方法。 （4）区分服务的负载均衡机制和多径路由都是多媒体传感器网络中保障不同类型服务服务质量的重要方法，在双层分簇结构的多媒体传感器网络中，提出了节点不相交多径路由的排队模型，针对多类型多媒体流量共存的情况，在簇头节点设计了考虑多优先级QoS的流量调度方法，并研究了拥塞状态下节点不相交多径路由最优决策控制问题，提出了保障QoS的节点不相交多径路由可信负载均衡算法，可以在满足一定QoS可信级别的前提下，尽可能均衡多条路由路径上的工作负载，提升多径路由提供高可信QoS的持续时间。
无线多媒体传感器网络;信息安全;信任管理;服务质量
南京邮电大学
博士
信息安全
吴蒙
2015
中文
TN925.93
149
2016-11-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）