專利名稱：一種基于信任控制的低功耗傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于信任控制的低功耗傳輸方法。
背景技術(shù)：
隨著信息科技的飛速發(fā)展，綜合了傳感器技術(shù)、信息處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的 ffSN(ffireless Sensor Network，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò))應(yīng)運(yùn)而生，WSN因其部署快速、使用靈活、監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)、價(jià)格低廉、通信安全等特點(diǎn)，使得在軍事領(lǐng)域、工業(yè)監(jiān)控、環(huán)境觀測(cè)與預(yù)報(bào)、醫(yī)療護(hù)理、智能家居、交通運(yùn)輸?shù)确矫婢哂蟹浅V闊的應(yīng)用前景。所述WSN由大量的、具有通信與計(jì)算能力的密集布設(shè)在監(jiān)控區(qū)域的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，能夠自主完成指定任務(wù)。

圖1是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示，在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)用戶管理節(jié)點(diǎn)的需要采集數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)傳遞至用戶管理節(jié)點(diǎn)ο我國(guó)關(guān)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究走在了世界的前列，一些企業(yè)、各研究單位和高校紛紛加入了 WSN研究的行列，致力于研究無(wú)線通信協(xié)議棧、同步和定位中間件、網(wǎng)絡(luò)管理以及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)等。但是隨著WSN的廣泛普及，在某些特殊的應(yīng)用領(lǐng)域(比如軍事領(lǐng)域中，敵控區(qū)域的部署態(tài)勢(shì)、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)的收集等)，保障信息數(shù)據(jù)安全可靠的傳輸成為亟待解決的問(wèn)題。由于WSN的傳輸協(xié)議大多與應(yīng)用相關(guān)，其設(shè)計(jì)僅僅針對(duì)某一類或者幾類具體的攻擊，不存在一個(gè)協(xié)議能夠應(yīng)用于所有的領(lǐng)域、抵抗來(lái)自所有協(xié)議層的攻擊。比如 TinyOS信標(biāo)協(xié)議容易受到偽造路由信息、選擇性轉(zhuǎn)發(fā)、Sinkhole, Sybil、Wormholes、Flood 攻擊；Flood協(xié)議存在著消息的“內(nèi)爆”(implosion)和“重疊”(overlap)的固有缺陷，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大時(shí)，端到端的傳輸延時(shí)偏大；SPIN協(xié)議的擴(kuò)展性差，功耗在所有節(jié)點(diǎn)之間分布不均衡；LEACH協(xié)議容易受到選擇性轉(zhuǎn)發(fā)攻擊和Flood攻擊；定向擴(kuò)散協(xié)議容易受到偽造路由信息、Flood攻擊等缺點(diǎn)；GEAR&GPSR是基于位置的路由協(xié)議，由于兩個(gè)協(xié)議需要節(jié)點(diǎn)間交換能量和位置信息，容易受到選擇性轉(zhuǎn)發(fā)和Sybil攻擊。傳感器節(jié)點(diǎn)通常使用容量有限、不可更換的電源，節(jié)點(diǎn)的計(jì)算、通信、存儲(chǔ)能力也非常有限，因此，WSN必須節(jié)能以最大限度地延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。LEACH (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy，低功耗自適應(yīng)集群分層性路由算法)是常用的分簇路由算法，節(jié)點(diǎn)自組織成不同的簇，每個(gè)簇只有一個(gè)簇頭，并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)輪流擔(dān)任簇頭，簇頭節(jié)點(diǎn)將簇內(nèi)所有非簇頭節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合后將數(shù)據(jù)發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)，避免簇頭能量消耗過(guò)快，具有更好的節(jié)能性。但是LEACH要求所有簇頭節(jié)點(diǎn)以單跳的形式直接和匯聚節(jié)點(diǎn)通信，這僅適用于規(guī)模較小的網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)規(guī)模擴(kuò)大時(shí)，簇頭與匯聚節(jié)點(diǎn)間的通信距離也隨之?dāng)U大，單跳的通信方式將給簇頭節(jié)點(diǎn)帶來(lái)極大的能量消耗，導(dǎo)致其過(guò)快死亡。因此，如何在設(shè)計(jì)WSN傳輸協(xié)議時(shí)，在節(jié)省能耗的前提下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全、高效、低耗、可信的傳輸，就成為亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
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本發(fā)明的目的在于提供一種基于信任控制的低功耗傳輸方法，用于解決WSN數(shù)據(jù)安全、高效、低耗、可信的傳輸，使數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩咝ВW(wǎng)絡(luò)使用壽命延長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)可信性增強(qiáng)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供的一種基于信任控制的低功耗傳輸方法，其特征在于，包括A)將節(jié)點(diǎn)剩余能量大于閾值的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)確定為備選簇頭節(jié)
點(diǎn)
B)按照簇距離L和備選簇頭節(jié)點(diǎn)的權(quán)重，從所述備選簇頭節(jié)點(diǎn)中選出用來(lái)構(gòu)成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)各簇的簇頭節(jié)點(diǎn)；C)每個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)簇頭節(jié)點(diǎn)信任值信息和最小通信代價(jià)路由信息，將收集的數(shù)據(jù)發(fā)送至目標(biāo)簇頭節(jié)點(diǎn)。其中，位于任一備選簇頭節(jié)點(diǎn)簇距離L之內(nèi)的鄰居備選簇頭節(jié)均為緊密節(jié)點(diǎn)，所述L通過(guò)如下公式確定
權(quán)利要求
1.一種基于信任控制的低功耗傳輸方法，其特征在于，包括A)將節(jié)點(diǎn)剩余能量大于閾值的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)確定為備選簇頭節(jié)點(diǎn)；B)按照簇距離L和備選簇頭節(jié)點(diǎn)的權(quán)重，從所述備選簇頭節(jié)點(diǎn)中選出用來(lái)構(gòu)成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)各簇的簇頭節(jié)點(diǎn)；C)每個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)簇頭節(jié)點(diǎn)信任值信息和最小通信代價(jià)路由信息，將收集的數(shù)據(jù)發(fā)送至目標(biāo)簇頭節(jié)點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗傳輸方法，其特征在于，位于任一備選簇頭節(jié)點(diǎn)簇距離L之內(nèi)的鄰居備選簇頭節(jié)均為緊密節(jié)點(diǎn)，所述L通過(guò)如下公式確定其中，所述φ是調(diào)整因子，所述M是傳感器監(jiān)測(cè)區(qū)域的邊長(zhǎng)，所述K是監(jiān)測(cè)整個(gè)區(qū)域的簇的數(shù)目。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低功耗傳輸方法，其特征在于，所述步驟B)具體為Bi)每個(gè)備選簇頭節(jié)點(diǎn)生成鄰居簇頭表，并發(fā)送候選聲明包和接收鄰居備選簇頭節(jié)點(diǎn)的候選聲明包；Β2)每個(gè)備選簇頭節(jié)點(diǎn)通過(guò)估算收到的候選聲明包的信號(hào)強(qiáng)度，確定與鄰居備選簇頭節(jié)點(diǎn)的距離，并將距離小于簇距離L的鄰居備選節(jié)點(diǎn)確定為緊密節(jié)點(diǎn)；Β3)每個(gè)備選簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)緊密節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)或緊密節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)和緊密節(jié)點(diǎn)的權(quán)重，當(dāng)選為簇頭節(jié)點(diǎn)或轉(zhuǎn)化為普通節(jié)點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低功耗傳輸方法，其特征在于，所述步驟Β3)具體為 Β31)沒(méi)有緊密節(jié)點(diǎn)的備選簇頭節(jié)點(diǎn)自動(dòng)成為簇頭節(jié)點(diǎn)Β32)若備選簇頭節(jié)點(diǎn)具有一個(gè)緊密節(jié)點(diǎn)，則兩者中權(quán)重最大的一個(gè)成為簇頭節(jié)點(diǎn)，另一個(gè)則通過(guò)刪除鄰居簇頭表轉(zhuǎn)化為普通節(jié)點(diǎn)；Β33)若備選簇頭節(jié)點(diǎn)具有兩個(gè)或多個(gè)緊密節(jié)點(diǎn)，則所述備選簇頭節(jié)點(diǎn)及其緊密節(jié)點(diǎn)分別將自己的緊密節(jié)點(diǎn)中權(quán)重最大的節(jié)點(diǎn)推舉為初選簇頭節(jié)點(diǎn)，生成并廣播關(guān)于該初選簇頭節(jié)點(diǎn)的簇頭推舉包，自己則通過(guò)刪除鄰居簇頭表轉(zhuǎn)化為普通節(jié)點(diǎn)；Β34)若收到簇頭推舉包的備選簇頭節(jié)點(diǎn)沒(méi)有緊密節(jié)點(diǎn)，則自動(dòng)升為簇頭節(jié)點(diǎn)； Β35)若收到簇頭推舉包的備選簇頭節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)僅有一個(gè)緊密節(jié)點(diǎn)，則兩者中權(quán)重最大的一個(gè)成為簇頭節(jié)點(diǎn)，另一個(gè)則通過(guò)刪除鄰居簇頭表轉(zhuǎn)化為普通節(jié)點(diǎn)；Β36)若收到簇頭推舉包的備選簇頭節(jié)點(diǎn)具有兩個(gè)或多個(gè)緊密節(jié)點(diǎn)時(shí)，則重復(fù)執(zhí)行步驟 Β33)至B3Q，直至選出簇頭節(jié)點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗傳輸方法，其特征在于，選出各簇的簇頭節(jié)點(diǎn)后，各簇頭節(jié)點(diǎn)廣播簇頭確立包，普通節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的簇頭確立包的信息強(qiáng)度，加入信息強(qiáng)度最大的簇頭所屬的簇。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗傳輸方法，其特征在于，所述步驟C)包括 Cl)簇頭節(jié)點(diǎn)將普通節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，得到去冗余數(shù)據(jù)；C2)簇頭節(jié)點(diǎn)作為源簇頭節(jié)點(diǎn)通過(guò)廣播其生成的路由發(fā)現(xiàn)包，得到目標(biāo)簇頭節(jié)點(diǎn)響應(yīng)的包含最小通信代價(jià)路由信息的路由建立包；C3)所述源簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)所述最小通信代價(jià)路由信息，建立最小通信代價(jià)的路由，以便將去冗余數(shù)據(jù)經(jīng)由該路由傳遞至目標(biāo)簇頭節(jié)點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的低功耗傳輸方法，其特征在于，所述步驟C2)包括 C21)源簇頭節(jié)點(diǎn)生成并廣播包含目標(biāo)簇頭節(jié)點(diǎn)ID信息的路由發(fā)現(xiàn)包；C22)收到所述路由發(fā)現(xiàn)包的其他簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)能耗、本節(jié)點(diǎn)壽命、信任值計(jì)算通信代價(jià)信息，并分別將自己的簇頭節(jié)點(diǎn)ID信息和通信代價(jià)信息添加到所述路由發(fā)現(xiàn)包后廣播， 由此形成分別經(jīng)由若干個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)廣播到目標(biāo)簇頭節(jié)點(diǎn)的多個(gè)到達(dá)路由發(fā)現(xiàn)包，其每個(gè)含有由所述若干個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)ID構(gòu)成的路由和路由的通信代價(jià)；C23)目標(biāo)簇頭節(jié)點(diǎn)通過(guò)解析多個(gè)所述到達(dá)路由發(fā)現(xiàn)包，找到通信代價(jià)最小的路由，并將包含若干個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)ID的路由添加到所生成的路由建立包中，并進(jìn)行廣播；C24)源簇頭節(jié)點(diǎn)接收所述路由建立包，按照路由建立包中的路由傳送去冗余數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的低功耗傳輸方法，其特征在于，收到路由發(fā)現(xiàn)包的簇頭節(jié)點(diǎn)計(jì)算的通信代價(jià)Cnrat由下式表示 其中，c。ld為簇頭節(jié)點(diǎn)收到的路由發(fā)現(xiàn)包中的通信代價(jià)，Gmn=^T，所述emn表示數(shù) 據(jù)從前一簇頭節(jié)點(diǎn)m傳輸?shù)奖竟?jié)點(diǎn)η的能量消耗；:Ε〖表示簇頭節(jié)點(diǎn)η的剩余能量；T1^1表示簇頭節(jié)點(diǎn)m對(duì)簇頭節(jié)點(diǎn)η的信任值；α，β是調(diào)整因子；源簇頭節(jié)點(diǎn)的通信代價(jià)為零。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗傳輸方法，其特征在于，所述方法還包括簇頭節(jié)點(diǎn)信任控制步驟D)，包括Dl)每個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)通過(guò)發(fā)送信任交互包和接收鄰居簇頭節(jié)點(diǎn)的信任交互包，計(jì)算鄰居簇頭節(jié)點(diǎn)的信任值；D2)簇頭節(jié)點(diǎn)作為舉報(bào)簇頭節(jié)點(diǎn)將所述信任值低于信任閾值的鄰居簇頭節(jié)點(diǎn)確定為被舉報(bào)簇頭節(jié)點(diǎn)，并將所述被舉報(bào)簇頭節(jié)點(diǎn)ID信息放入其生成的包含舉報(bào)簇頭節(jié)點(diǎn)ID信息的信任危機(jī)舉報(bào)包中，并進(jìn)行廣播；D3)收到信任危機(jī)舉報(bào)包的簇頭節(jié)點(diǎn)，根據(jù)所述被舉報(bào)簇頭節(jié)點(diǎn)ID信息和舉報(bào)簇頭節(jié)點(diǎn)ID，生成并廣播惡意簇頭警告包，使接收所述惡意簇頭警告包的簇頭節(jié)點(diǎn)將惡意簇頭節(jié)點(diǎn)刪除。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的低功耗傳輸方法，其特征在于，所述步驟具體為 D31)簇頭節(jié)點(diǎn)多次收到同一舉報(bào)簇頭節(jié)點(diǎn)舉報(bào)同一鄰居簇頭節(jié)點(diǎn)的信任危機(jī)舉報(bào)包時(shí)，所述簇頭節(jié)點(diǎn)將所述鄰居簇頭節(jié)點(diǎn)確定為惡意簇頭節(jié)點(diǎn)；D32)簇頭節(jié)點(diǎn)收到超過(guò)一半的其鄰居簇頭節(jié)點(diǎn)的舉報(bào)同一被舉報(bào)簇頭節(jié)點(diǎn)的信任危機(jī)舉報(bào)包時(shí)，所述簇頭節(jié)點(diǎn)將被舉報(bào)簇頭節(jié)點(diǎn)確定為惡意簇頭節(jié)點(diǎn)；D33)簇頭節(jié)點(diǎn)生成惡意簇頭警告包，將所述惡意簇頭節(jié)點(diǎn)ID信息放入所述惡意簇頭警告包中，并進(jìn)行廣播。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于信任控制的低功耗傳輸方法，包括將節(jié)點(diǎn)剩余能量大于閾值的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)確定為備選簇頭節(jié)點(diǎn)；按照簇距離L和備選簇頭節(jié)點(diǎn)的權(quán)重，從所述備選簇頭節(jié)點(diǎn)中選出用來(lái)構(gòu)成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)各簇的簇頭節(jié)點(diǎn)；每個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)簇頭節(jié)點(diǎn)信任值信息和最小通信代價(jià)路由信息，將收集的數(shù)據(jù)發(fā)送至目標(biāo)簇頭節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明在簇頭節(jié)點(diǎn)的選舉上，以少量的網(wǎng)絡(luò)開銷換來(lái)了較高的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和均勻性，在數(shù)據(jù)傳輸路由的選取方面建立和使用最小通信代價(jià)路由，在分布式信任控制方面實(shí)現(xiàn)了對(duì)惡意節(jié)點(diǎn)攻擊的防范。
文檔編號(hào)H04W52/02GK102572991SQ201010619970
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者吳作順, 張國(guó)卿, 徐啟建, 杜飛, 蔡志偉 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍總參謀部第六十一研究所