一种能量收集无线传感器网络中基于探测路由获取节点信任值的规避黑洞节点攻击的方法技术

本发明专利技术公开了一种能量收集无线传感器网络中基于探测路由获取节点信任值的规避黑洞节点攻击的方法。在能量收集无线传感网络中，节点的能量除去可以满足用于节点间传输数据包所需要的数据路由能量，还会有剩余。本方法可以充分利用节点剩余的这部分能量，在网络中的节点间建立探测路由。探测路由的建立包括探测包的发送和反馈包的接收，由于黑洞节点并不能正确区分数据包和探测包，从而在探测路由传输的过程中发生恶意丢包行为，暴露出自身的位置信息。根据探测路由获取到的黑洞节点的位置信息，降低恶意节点的信任度，从而在下一跳数据路由传输的过程中，选择信任度更高的节点来进行数据包的传输。通过节点信任值的计算，可以有效的避开黑洞节点，提高网络的数据路由成功率。对于节点剩余能量的充分利用，提高了网络的能量利用率。络的能量利用率。络的能量利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种能量收集无线传感器网络中基于探测路由获取节点信任值的规避黑洞节点攻击的方法


[0001]本专利技术属于无线传感器网络安全领域，特别涉及一种能量收集无线传感器网络中基于探测路由获取节点信任值从而有效规避黑洞节点攻击的方法。

技术介绍

[0002]无处不在的传感器设备(例如传感器节点、可穿戴传感设备、智能手机)在物联网的发展过程中起着至关重要的作用，它弥补了数字和物理空间之间的差距。然而，传感器终端的能量问题对物联网的广泛应用提出了巨大的挑战。因此，物联网的可持续发展问题引起了学术界和业界的广泛关注。能量收集无线传感器网络被提出作为解决这一问题的有效手段。而安全问题一向是传感器网络发展与应用的关键技术之一。
[0003]无线传感网络的安全路由方法已经有相当多的研究，根据路由机制，可以把方法分为以下三类：
[0004]第一类路由策略不具备检测网络是否存在攻击者，也不检测数据传输是否受到了攻击的安全路由策略。这类策略主要采用的方法是多路冗余路由的策略。这类策略具有的优点是：具有广泛的适用性，能够适用于各类应用中，对各类攻击行为均有较好的效果。但是，存在的不足是:由于每个数据包均采用冗余发送的方式，因而，其能量消耗会比较高，从而影响网络寿命。
[0005]第二类路由策略是在第一种路由策略上的进行了如下改进：它先进行一条路由，如果路由失败，则再通过另外的完全不同的路径传输数据，从而提高数据成功到达基站的概率。这种路由相对于前面路由策略的优点是代价较小，这种策略不需要同时进行多条路由，而是前一次路由失败再进行下一次路由，从而能够节省能量，效率较高。存在的不足是:这种策略依然不能辨识与定位恶意节点，从而策略不具有自适应提高路由成功率的能力，抵御智能攻击者的能力弱。
[0006]第三类路由的目的是既采用一定的机制使得在路由的过程中能够检测到路由是否成功，而且还识别与定位恶意节点的位置，从而使路由的成功率随着时间的推进而提高。其中常采用的基于主动信任的安全路由方法，这种方法能够对具有智能的恶意节点具有较好的效果，也能够抵御多种攻击，能量效率高，具有较好的意义。
[0007]基于以上所述，本文拟研究一种在能量收集无线传感器网络中基于探测路由获取节点信任值的规避黑洞节点的方法，从而在提高网络性能的基础上，增加网络安全性，具备很好的研究意义。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供了一种在能量收集无线传感器网络中基于探测路由获取节点信任值的规避黑洞节点的方法，其目的在于，充分利用能量收集无线传感器网络中节点的剩余能量，通过发起探测路由获取当前节点传输半径内可以获取到的节点的信任值个数，提出节
点信任值的计算方法，克服现有技术中能量收集无线传感网络中能量利用率不高以及节点信任值不确定导致无法规避黑洞节点攻击的问题。
[0009]一种能量收集无线传感器网络中基于探测路由获取节点信任值的规避黑洞节点攻击的方法，依据的是，节点在保证满足数据路由传输所消耗的能量的基础上，利用剩余能量来发送探测路由。
[0010]靠近基站最近一圈的节点不发送探测路由，离基站越远的节点剩余能量越多，可以发送更多的探测路由。通过发送固定长度的探测路由可以获取到传输半径内节点的信任值个数。
[0011]节点通过发送探测包给其他节点来建立探测路由。其他节点一旦接收到探测包就会发送反馈包给源节点表示自己的正常状态。如果当前节点A没有接收到来自节点B的反馈包，则依据设计好的节点信任值计算方式来降低节点B的信任值。
[0012]节点在进行下一跳数据路由传输时，会选择传输半径内更靠近基站且信任值较高的节点来作为下一跳节点。
[0013]通过明确节点信任值，可以成功定位黑洞节点的位置从而更好地指导数据路由的传输，提高了网络中数据路由传输的成功率，也通过充分利用能量收集传感器节点电池中的剩余能量提高了网络的能量利用率。
[0014]一个节点在一个通讯周期内可以获取到的节点信任值个数ψ
tcom
如下所示：
[0015][0016]其中，
∝
表示网络中恶意节点的概率，K表示每条探测路由的长度；E
add
表示一个通讯周期内节点可以用于探测路由的能量；W
′
tran
、W
rec
′
分别表示发送和接收一个探测包所消耗的能量；三个参数A、B、C表示为其中E
lpl
、δ
t
、δ
r
和A
det
分别代表一个通讯周期内节点执行低功率监听消耗的能量、低功率监听过程中发送探测包的能量、低功率监听过程中接收探测包的能量和节点发送的探测包的数量。
[0017]在时间t内，节点A到节点B之间的总体直接信任值可由下列公式计算：
[0018][0019]其中，ΔB(t
i
)表示节点B的信任值变化过程，P(i)∈[0，1]是衰减函数，用来对不同时刻探测到的直接信任值进行合理的加权，ω表示时间t内节点A对节点B的探测次数。
[0020]有益效果
[0021]本专利技术提供了一种能量收集无线传感器网络中基于探测路由获取节点信任值的规避黑洞节点攻击的方法，由于能量收集无线传感器网络迎合了清洁网络的需求，被越来越多的应用在不同的关键领域中。然而因其设备简单和受环境影响较大的特征，容易受到各种安全威胁而使其数据不能安全传输基站。因为，传感器网络重要功能在于依据感知到的数据对事件做出及时的决策，如果数据不能安全传输到基站，会导致系统受到严重的损害。基于节点信任值的路由策略是一种有效的保证数据路由传输安全性的策略。但是，传感器节点的信任值是很难获得的，从而导致这类策略有效性受到限制。
[0022]为了克服这项挑战，一种能量收集无线传感器网络中基于探测路由获取节点信任值的规避黑洞节点攻击的方法被提出。获得节点的较为真实的信任值来提升路由安全性。在本方法中，节点充分利用可获得的能量在不影响数据路由所需能量的前提下，发起多条探测路由，探测路由所经过的节点返回给源节点探测反馈包。源节点收到反馈包后就提高这些节点的信任值，并降低未发送反馈包节点的信任值。通过上述方法,源节点能够获得传输半径内节点的信任值。同时，由于设计好的节点信任值计算公式，源节点获得的信任信息是可靠的。在建立数据路由的时候，靠近基站且信任值高的节点被选择作为传输节点，黑洞节点被排除在外。由于数据路由中选择的节点都是经过可证实的高信任值的节点，从而可以显著的提高数据路由的安全性。据实验结果表明，对于黑洞节点其信任值平均比正常节点的信任值低50％以上，从而能够很好的指导在数据路由的过程中选择高信任度的节点进行数据包的传输，显著提高数据路由的成功率。实验结果表明，本文策略下的数据路由成功率比最短路径策略至少提高 2倍以上，而且随着黑洞节点比例的增大而优势进一步明显。
附图说明
[0023]图1为本专利技术所述方法的示意图；
[0024]图2为夜间时间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能量收集无线传感器网络中基于探测路由获取节点信任值的规避黑洞节点攻击的方法，其特征在于，在能量收集无线传感器网络中，充分利用节点的剩余能量来动态的调整节点发起探测路由的数目。靠近基站的第一圈节点不发起探测路由，距离基站越远的节点发起的探测路由条数越多。当前节点将探测包随机的发送给传输半径内的其他节点，如果接收到了其他节点发送过来的反馈包则增加该节点的节点信任度，反之降低节点信任度。当节点在发送数据包的时候，将会选取传输半径内更靠近基站且信任度较高的节点来作为下一跳传输节点。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，一个节点在一个通讯周期内可以发送长度为K的探测路由的条数为Λ，则一个通讯周期内每个节点可以获取到的节点信任值个数ψ
tcom
如下所示：其中，
∝
表示网络中恶意节点的概率，K表示每条探测路由的长度；E
add
表示一个通讯周期内节点可以用于探测路由的能量；W
′

【专利技术属性】
技术研发人员：王晋湘，刘安丰，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：