一种传感网中基于信任值效用的移动式可信数据收集方法技术

一种传感网中基于信任值效用的移动式可信数据收集方法，在无线传感器数据采集的应用中，先根据节点间的关系设计节点信任评估算法(如直接信任值和间接信任值)，由已有算法获得节点的量化信任值。根据获得的信任值，在后续的簇头节点选举中产生可信的簇头节点。最终根据各簇头节点间的欧氏距离和相关的下一跳簇头节点的信任值，计算出信任效用值最大的下一簇头节点，以此产生一条信任值效用最大的可信路径。

A Mobile Trusted Data Collection Method Based on Trust Value Utility in Sensor Networks

【技术实现步骤摘要】
一种传感网中基于信任值效用的移动式可信数据收集方法
本专利技术涉及大规模无线传感器网络的信息安全领域，特别是指一种传感网中基于信任值效用的移动式可信数据收集方法。
技术介绍
近年来，云计算技术飞速发展，可以为用户提供多种多样的云计算服务，同时拓展了传感器网络的应用空间，也为解决传感器网络的诸多限制问题提供了新的思路。例如，在环境监测应用中，一个物理传感器节点可以同时监测温度、湿度、二氧化碳浓度等多种信息。通过云平台提供的服务，其可以被虚拟成多个传感器节点，从而方便地供多个用户使用，不仅降低了成本，而且提高了利用率。用户通过云平台，足不出户即可获取自己所需的数据。与此同时，传感器网络在利用云计算服务时也产生了数据安全问题，但目前的传感云系统在数据安全保护方面仍有缺陷。网络巨头思科公司首席执行官JohnChambers预言，数据安全将成为云计算前进道路上的“噩梦”。据统计，由于噪声等因素会导致传感器采集的数据发生偏差，只有不到49％的信息是有效的、可信的。此外，由于传感节点能力弱，非常容易遭受恶意攻击而被物理操纵，从而产生无效的甚至是误导性的数据。更为糟糕的是，如果第一步收集到的数据就是不可信的，后续的数据保护更是无从谈起。因此，云端有必要对底层传感器网络的数据可信性进行管理。然而，云端服务器与底层传感网络分隔得太远，缺乏对其的直接掌控，并且由于网络带宽有限、传输错误等因素会导致较大的时延。此外，由于传感器节点的资源不足，大多部署于苛刻复杂的环境中，本身就容易发生故障和错误。近几年来，很多网络信息安全领域的研究学者对大规模无线传器网络中的信任评价和数据收集问题做了相关的工作。按照具体应用方向来分主要有数据收集、信任感知路由、节点信任评价管理等，其中最主要的是节点信任评价。现有的无线传感器网络节点信任评价主要是提出一个值得信赖的信任框架来进行评估，可信数据的计算和判定全都放在底层传感器来实现，不能从根本上解决节点能量、计算和存储能力有限的问题，同时对评估信任值没有十分具体的应用体现。例如，在针对水下传感器网络的应用中提出的多维信任度抗攻击模型，分析了信任评价中的传递信任、数据信任和节点信任等常见方面。但是，在具体的实现中并没有将获得的信任值进行具体量化，也没有用于关键的算法中。目前的解决方案之所以难以从根本上解决上述问题，主要原因是因为传感网受限于如下两个因素：能耗问题和能力问题。在此背景下，引入功能较强(通信能力、计算能力、存储能力)的可移动单元(MobileElements)似乎是现阶段能突破瓶颈的可行办法，已经被成功地应用到拓扑控制、移动监测等诸多领域，以提高效率、节省传感器的能量。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种传感网中基于信任值效用的移动式可信数据收集方法，将节点的可信值纳入考察之中，将量化的节点信任值用于可信数据收集路径的规划中，在考虑能量消耗的同时获取最多可信的数据。本专利技术采用如下技术方案：一种传感网中基于信任值效用的移动式可信数据收集方法，其特征在于，包括如下步骤：1)建立直接信任模型，以便根据节点的通信交互历史、能量剩余情况和丢包率计算节点的直接信任值；2)建立间接信任传递模型，以便计算节点间的间接信任值；3)结合步骤1)2)，计算所有节点的信任评估值；4)根据节点的信任评估值确定可信的簇头节点；5)计算簇头节点间的信任效用值，根据信任效用值确定最优的数据收集路径。所述直接信任值计算公式如下：Tc＝ωi×Ti+ωe×Te+ωP×TpTc为直接信任值，Ti为与通信交互历史相关的节点与邻居节点的通信信任值，Te为与能量剩余情况相关的节点能量信任值，TP为与丢包率相关的节点的丢包信任值；ωi，ωe，ωP分别表示通信信任值、能量信任值和丢包信任值的权重。建立间接信任传递模型是指：定义评估节点和被评估节点和推荐节点；统计评估节点和被评估节点间的公共邻居节点集；在该公共邻居节点集中，选择满足可信阈值的公共邻居节点作为传递节点。所述间接信任值计算方法如下：首先，计算经传递节点k推荐后的被评估节点X在评估节点Y处的信任值：(TX，Y)k＝TX，k×Tk，YTk，Y表示传递节点k与评估节点Y的直接信任值，TX，k表示被评估节点X与传递节点k的直接信任值；则评估节点Y处得到的被评估节点X的间接信任值即为分别经各传递节点推后的信任值的均值：其中，m为传递节点个数，为传递节点k的权值，k＝1.2.3…m。所述步骤3)包括：首先，判断节点是否有邻居节点可以通信，若有，则采用步骤1)计算直接信任值作为信任评估值；若否，则采用步骤2)计算间接信任值作为信任评估值。所述步骤4)采用低功耗自适应的LEACH路由协议的簇头生成方法确定所述可信的簇头节点。步骤5)中，所述信任效用值为簇头节点u和簇头节点v两点之间的欧氏距离与即将到达的下一个簇头节点的信任评估值的比值。步骤5)中，所述根据信任效用值确定最优的数据收集路径，具体为：取某一簇头节点为移动雾节点收集数据的起点，移动雾节点将该簇头节点的下一跳簇头节点中信任效用值最大的作为下一移动目标节点，直至达到移动距离限制，从而获得所述最优的数据收集路径。由上述对本专利技术的描述可知，与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术在无线传感器数据采集的应用中，先根据节点间的关系设计节点信任评估算法(如直接信任值和间接信任值)，由已有算法获得节点的量化信任值。根据获得的信任值，在后续的簇头节点选举中产生可信的簇头节点。最终根据各簇头节点间的欧氏距离和相关的下一跳簇头节点的信任值，计算出信任效用值最大的下一簇头节点，以此产生一条信任值效用最大的可信路径。2、本专利技术方法，通过移动的移动雾节点在有限的移动距离内依次访问可信的簇头节点，收集可信的传感数据，发送给周围的基站，再交给上层用户，达到系统应用和决策可信的目的。3、本专利技术引入边缘计算模式的思想，将功能较强的移动节点与传统的汇聚节点、基站等固定节点组成边缘节点层，充分利用边缘节点的本地计算和存储能力来对传感云系统进行可信数据收集4、本专利技术能够在有限的移动距离内达到更好的收集可信数据的效果。5、本专利技术方法抗干扰性强，其不受网络规模的限制，同时可以适应多网络恶意节点场景，有很好的可靠性。附图说明图1为数据收集网络框架图；图2为移动雾节点最短路径示意图；图3为移动雾节点最大效用路径；图4为不同策略对网络性能的影响；图5为不同方法上的网络能量消耗实验结果；图6为不同信任情况下的实验效果；以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详述。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的描述。一种传感网中基于信任值效用的移动式可信数据收集方法，在无线传感器数据采集的应用中，先根据节点间的关系设计节点信任评估算法(如直接信任和间接信任)，由已有算法获得节点的量化信任值。根据获得的信任值，在后续的簇头节点选举中产生可信的簇头节点。最终根据各簇头节点间的欧氏距离和相关的下一跳节点的信任值，计算出效用值最大的下一节点，以此产生一条信任值效用最大的可信路径。通过移动的边缘节点在有限的移动距离内依次访问可信的簇头节点，收集可信的传感数据，发送给周围的基站，再交给上层用户，达到系统应用和决策可信的目的。参见图1，该网络结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传感网中基于信任值效用的移动式可信数据收集方法，其特征在于，包括如下步骤：1)建立直接信任模型，以便根据节点的通信交互历史、能量剩余情况和丢包率计算节点的直接信任值；2)建立间接信任传递模型，以便计算节点间的间接信任值；3)结合步骤1)2)，计算所有节点的信任评估值；4)根据节点的信任评估值确定可信的簇头节点；5)计算簇头节点间的信任效用值，根据信任效用值确定最优的数据收集路径。

【技术特征摘要】
1.一种传感网中基于信任值效用的移动式可信数据收集方法，其特征在于，包括如下步骤：1)建立直接信任模型，以便根据节点的通信交互历史、能量剩余情况和丢包率计算节点的直接信任值；2)建立间接信任传递模型，以便计算节点间的间接信任值；3)结合步骤1)2)，计算所有节点的信任评估值；4)根据节点的信任评估值确定可信的簇头节点；5)计算簇头节点间的信任效用值，根据信任效用值确定最优的数据收集路径。2.如权利要求1所述的一种传感网中基于信任值效用的移动式可信数据收集方法，其特征在于，所述直接信任值计算公式如下：Tc＝ωi×Ti+ωe×Te+ωP×TpTc为直接信任值，Ti为与通信交互历史相关的节点与邻居节点的通信信任值，Te为与能量剩余情况相关的节点能量信任值，TP为与丢包率相关的节点的丢包信任值；ωi，ωe，ωP分别表示通信信任值、能量信任值和丢包信任值的权重。3.如权利要求1所述的一种传感网中基于信任值效用的移动式可信数据收集方法，其特征在于，建立间接信任传递模型是指：定义评估节点和被评估节点和推荐节点；统计评估节点和被评估节点间的公共邻居节点集；在该公共邻居节点集中，选择满足可信阈值的公共邻居节点作为传递节点。4.如权利要求3所述的一种传感网中基于信任值效用的移动式可信数据收集方法，其特征在于，所述间接信任值计算方法如下：首先，计算经传递节点k推荐后的被评估节点X在评估节点Y处的信任值：(TX，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王田，邱磊，蒋文贤，蔡绍滨，高振国，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建,35