一种基于角色层级化的无线传感网安全路由方法技术

本发明专利技术涉及一种基于角色层级化的无线传感网安全路由方法，将无线传感网节点划分为汇聚节点、安监节点、簇首节点、普通节点。利用Voronoi图对网络进行分簇，通过Dijkstra优化算法建立全网路由。簇首节点收集普通节点数据，融合并发送给汇聚节点，将普通节点数据和融合数据发送给邻近安监节点；安监节点对普通节点和簇首节点进行信誉评估，维护信誉集，将结果发送给汇聚节点，向汇聚节点进行报告异常节点；汇聚节点收集簇首节点感知数据和安监节点信誉报告、异常报告，核实报告真实性，处理异常行为节点、维护网络拓扑。该机制有助于补齐传统模式的安全短板，强化网络节点的不同角色和功能定位，保障无线传感网的路由安全和数据安全。

A Secure Routing Method for Wireless Sensor Networks Based on Role Hierarchy

The invention relates to a role-based hierarchical secure routing method for wireless sensor networks, which divides wireless sensor network nodes into sink nodes, security monitoring nodes, cluster head nodes and common nodes. Voronoi graph is used to cluster the network and Dijkstra optimization algorithm is used to establish the whole network routing. Cluster head node collects common node data, fuses and sends it to sink node, sends common node data and fusion data to neighboring security monitoring node; security monitoring node evaluates the reputation of common node and cluster head node, maintains the reputation set, sends the results to sink node, reports abnormal nodes to sink node; sink node collects cluster head node sensing data and security monitoring node. Point reputation report, exception report, verify the authenticity of the report, deal with abnormal behavior nodes, maintain network topology. This mechanism helps to complement the traditional security board, strengthen the different roles and functions of network nodes, and ensure the routing security and data security of wireless sensor networks.

【技术实现步骤摘要】
一种基于角色层级化的无线传感网安全路由方法
本专利技术属于无线传感网安全
，涉及一种基于角色层级化的无线传感网安全路由方法。
技术介绍
随着通信与网络技术飞速发展，作为一种以互联网为基础，融合了传感器技术、无线通信技术、数字电子技术等的新兴网络通信技术，无线传感网络(Wirelesssensornetwork,WSN)成为了研究热点。层次型网络结构一般将网络进行分层，即现阶段研究中比较热门并实用的路由成簇，对于大规模的无线传感网络而言，基于分簇的网络拓扑结构在拓扑管理、能量效率、数据融合与节点协同处理方面都具有明显的优势。然而传统的分簇路由协议中，对于簇首的依耐性过高，簇首需要接收和融合数据并进行长距离的数据传输，因此，簇首的能耗远大于成员节点。同时，如若簇首数目过多，会导致网络总能耗增多，而簇首数目过少，则失去分层成簇意义，簇首数目过多过少都不利于延长网络生存时间。同样的，面对无线传感网络这样高动态的网络结构，除了能量消耗因素之外也面临着许多的安全问题，其中大多数都来自于攻击者利用恶意节点对网络发起的各种攻击。因此需要建立一种有效的无线传感网络模型以及安全路由方法来解决这些问本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于角色层级化的无线传感网安全路由方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：针对网络中随机分布的普通节点，利用最优簇首数机制获得本轮簇首个数K；S2：获得当前运行时间now_time，若now_time高于100s则进入安监节点选举阶段，跳转至步骤S3；否则，省去安监节点选举，跳转至步骤S4；S3：根据安监节点选举机制获得U个安监节点；S4：通过S1中得到的最优簇首个数K和簇首选举机制得到K个簇首；S5：利用Voronoi图原理依照选举的簇首节点进行网络区域划分并得到K个簇；S6：通过簇首维护机制并建立簇内路由，即普通节点与簇首节点之间的路由；S7：改进Dijkstra路径优化算法，簇首节...

【技术特征摘要】
1.一种基于角色层级化的无线传感网安全路由方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：针对网络中随机分布的普通节点，利用最优簇首数机制获得本轮簇首个数K；S2：获得当前运行时间now_time，若now_time高于100s则进入安监节点选举阶段，跳转至步骤S3；否则，省去安监节点选举，跳转至步骤S4；S3：根据安监节点选举机制获得U个安监节点；S4：通过S1中得到的最优簇首个数K和簇首选举机制得到K个簇首；S5：利用Voronoi图原理依照选举的簇首节点进行网络区域划分并得到K个簇；S6：通过簇首维护机制并建立簇内路由，即普通节点与簇首节点之间的路由；S7：改进Dijkstra路径优化算法，簇首节点根据其余簇首与汇聚节点的距离以及信誉值进行决策连接并实现全网路由；S8：获得当前运行时间now_time，若now_time高于100s则进入安监节点路由阶段，跳转至步骤S9；否则，跳转至步骤S10；S9：安监节点与簇首建立路由，基于簇首发送的数据对普通节点和簇首节点进行信誉评估；S10：针对新建立的无线传感网络模型，通过综合信誉评估机制与汇聚节点间隔考察机制得出节点信誉值Dk；若节点信誉值Dk低于节点最低信誉阈值Dk_threshold，则该节点退出网络；S11：通过簇首维护机制，检查各个簇首节点的能量ENCluster_head，若簇首节点能量ENCluster_head满足：ENCluster_head>0.836ENavg其中ENavg表示簇内节点的平均剩余能量，则省去成簇过程进入信誉评估阶段，跳转至步骤S8；否则，进行新一轮簇首选举，跳转至步骤S1；当能量过低且节点大面积死亡时该网络结束。2.根据权利要求1所述的基于角色层级化的无线传感网安全路由方法，其特征在于：角色层级化是指WSN中的节点角色有区别，所述节点角色中普通节点负责数据采集，簇首节点负责收集普通节点采集的数据并完成数据融合，安监节点负责网络安全并作出信誉评估，汇聚节点负责总领决策并对网络拓扑进行维护。3.根据权利要求1所述的基于角色层级化的无线传感网安全路由方法，其特征在于：步骤S1中所述利用最优簇首数机制获得本轮簇首个数K包括：假设网络覆盖范围的区域为M*M的矩阵，共分布有N个节点，首轮选取总节点数的6％作为簇首个数；之后根据以下公式选取最优簇首个数：其中，εf为信号在自由空间信道中传播时放大器的耗能参数，εm为信号在多径衰减信中传播时放大器的耗能参数，K为最优簇首个数，dtoBS为簇首到基站的平均距离。4.根据权利要求1所述的基于角色层级化的无线传感网安全路由方法，其特征在于：步骤S3中，所述安监节点选举机制通过对节点的剩余能量和信誉值进行加权，选取权值最高的节点作为最优安监节点，选取公式如下：Weight＝μ*ENk_current+ω*Dkμ,ω∈(0,1)其中Weight表示权值，ENk_current为节点当前剩余能量，Dk为节点当前信誉值。5.根据权利要求1所述的基于角色层级化的无线传感网安全路由方法，其特征在于：步骤S4中，所述簇首选取机制是在传统LEACH分簇算法的基础上考虑节点密度指数、节点到汇聚节点的距离、节点剩余能量以及节点已连续没有成为簇首的累积轮数，共同衡量节点是否被选取为簇首的依据；其中，单位半径内，其邻居节点越多代表其密度指数越高，更容易和多个节点进行直接通信，离汇聚节点更近的节点成为簇首更利于节约能耗，若节点累积多轮没有成为簇首，应适...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡向东，李仁杰，白银，李鹏华，朱智勤，侯杰，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50