面向工业物联网的轻量级绿色安全数据融合模型建立方法技术

本发明专利技术公开了面向工业物联网的轻量级绿色安全数据融合模型建立方法，包括如下步骤：S1：能量消耗模型建立；S2：工业物联网系统时序划分；S3：聚类；S4：最优簇数及簇头确定；S5：模式码生成减少冗余数据传输；S6：簇头节点传输路径确定；S7：数据完整性认证，在LEACH协议基础上提出OISDF算法模型，在分簇前先将节点进行分类，以最均衡的网络负担来确定簇内节点个数完成集簇。引入模式码概念，消除由于同类数据或者变化不大的数据而产生的冗余。利用最小路径生成树及密码认证算法实现在能量消耗最小的情况下的数据的保密传送，并且数据完整性可验证。本发明专利技术执行效率较高，同等情况下的能量消耗也较其他算法要好，是一种轻量级、绿色、安全数据融合模型。安全数据融合模型。安全数据融合模型。

【技术实现步骤摘要】
面向工业物联网的轻量级绿色安全数据融合模型建立方法


[0001]本专利技术涉及工业物联网
，具体为面向工业物联网的轻量级绿色安全数据融合模型建立方法。

技术介绍

[0002]工业4.0，又称未来制造业和第四次工业革命，是指为可持续生活生产和提供高度定制的产品和服务。由大量传感器以及计算、通信、网络和存储技术构成的工业物联网(IIOT)，代表着工业4.0系统的核心子集。IIOT中的关键技术包括智能无线传感器网络(IWSNs)、网络物理系统(CPS)、物联网设备、互联网上的边缘服务器和云数据中心等。总的来说，IIOT被认为能够为现代经济体生产和提供大规模的产品和服务定制，因此智能将被视为一个基本特征。数据融合技术是指利用计算机对按时序获得的若干观测信息，在一定准则下加以自动分析、综合、传输，以完成所需的决策和评估任务而进行的信息处理技术。数据融合技术是WSN的重要支撑技术，避免了大量冗余信息的传输。工业物联网具有节点数量巨大，信息冗余度高，能量有限，且以数据为中心的特点。研究表明，数据传输能耗一般占总能耗的70％。因此，对于能量十分有限的工业本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.面向工业物联网的轻量级绿色安全数据融合模型建立方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：能量消耗模型建立：假设一个传感节点在进行数据传输时被简化为由发射器元件和功率放大器组成的基本结构，由于发射端在运行发射器元件、功率放大器时执行发送操作会消耗能量，接收端运行发射器元件执行接收操作时也会消耗能量，收、发两端若相距dm，当d较小采用自由空间传输模型，默认为一跳，d较大时采用多径衰落信道模型，默认为多跳，则相距dm的发射端与接收端之间传输qbit消息所消耗的能量为：其中:E
el
表示运行发射器元件时每比特所消耗的能量；E
frs
、E
tworay
分别表示发射器在自由空间和双径传播模型的单位功率放大器的能量消耗，其中，并且d0为：其中，h
t
、h
r
分别为发送端与接收端的离地距离，λ为波长，相应地，接收qbit的消息所消耗的能量为：E
re
(q)＝q
×
E
el
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)，S2：工业物联网系统时序划分：将工业物联网系统时序划分多个周期，一个周期称为一轮，每轮分为准备阶段和传输阶段，准备阶段进行传输前的数据准备工作，工作阶段完成数据的传输，传输模型假设遵循TDMA，则每个节点将会被分配一个时隙，节点在该时隙内进行数据传输；S3：聚类：将传感器的k类属性参数化为P
m
(m∈[1，K])，假设工业物联网系统中有M个传感器，则P
im
(i∈[1，N])表示第i个传感器的第m个参数，则由传感器及其参数可以构成一个N
×
M二维矩阵，将所有传感器的对应参数值进行公式(1)中的操作，以表示，表示，则表示传感器i与j完全不相似，则表示传感器i与j完全相似，ε为一可调节阈值，初始时根据经验取值，则传感器i与传感器j的相似度为，其中，α
m
为每个参数的权重，且满足约束为每个参数的权重，且满足约束假设传感器的通信半径为R
i
(i∈[1，N])，只考虑在一跳范围内成簇，
以坐标(x
i
,y
i
)表示传感器i在监测区域内的坐标，则传感器i到传感器j的距离为，引入另一参数θ
ij
表示传感器i是否在传感器j的一跳范围内，将同簇传感器节点约束在单跳范围内，可得聚类参数为，分析可得，当ρ
ij
＞0时所对应的传感器i与j可聚为一类，在分簇时可分成一簇；S4：最优簇数及簇头确定：假设簇数为C(C∈[2，N])，以ρ
ij
为参数运行k
‑
means算法，并记录簇数不同时分簇结果的每簇节点数，其中，为的向下取整值，簇内节点数与平均簇内节点数差距最小的分簇结果所对应的簇数，即为最优簇数，则最优簇数为，以最优簇数所对应的每簇节点数对所有节点都运行，完成分簇过程；S5：模式码生成减少冗余数据传输：将本轮采集数据与上一轮采集数据进行比较，比较结果分为不变数据、一般数据和预警数据，不变数据无需传送数据，一般数据只传送变化了的数据部分，预警数据传送其全部数据给簇头并发出预警信号，则数据改变的分类函数可定义为，其中，S0、S1、S2分别表示不变数据、一般数据和预警数据的集合，即表示数据的变化程度，η为引入变化率，ε1和ε2为设定阈值，D代表传输数据集合；S6：簇头节点传输路径确定：构建簇头到基站的无向图无向连通图G，G＝(V，E，W)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)，其中，V是图的节点集，E是图中节点间的边的集合W表示边集E每条边上的权的集合，W
ij
表示边(v
i
,v
j
)上的权，这里W
ij
＝1/E
ij
表示节点i到节点j的能量消耗，即能耗越大权重越小，由于传感节点i和j间的距离为D
ij
，由于节点间的通信半径为R
i
，则当D
ij
≤R
i
时，表示节点i在节点j的通信范围内，是j的邻节点，则节点i和节点j可直接通信，另设集合P、P
′
、TE，其中，P＝{v|v为已求得的最短路径树上的一个点}，P
’
＝V
‑
P，TE＝{(u，v)|(u，v)为已求得的最短路径树上的边，u∈P，v∈P}，再设W(v
i
)表示最小权系数，
W(v
i
)为从基站到节点v
i
的最短路径上的权的倒数之和，该值在建树过程中存于节点v
i...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾孟佳，黄旭，徐会彬，
申请(专利权)人：湖州师范学院，
类型：发明
国别省市：