一种基于节点行为的水声传感网络节点可信度评估方法技术

本发明专利技术提供了一种基于节点行为的水声传感网络节点可信度评估方法，将信息交互过程中节点行为和交互成功率作为信任因子，再利用信息熵聚合信任因子，得到直接信任度、间接信任度、历史信任度，进而求得节点信任度，建立基于节点行为的信任度评估模型。从而能够快速准确地检测出恶意节点，并进行有效地识别和隔离，确保路由路径中节点的安全可靠。本发明专利技术针对水声传感网络中存在的篡改攻击、欺骗攻击和黑洞恶意节点进行检测，结合机会路由协议能够快速准确地检测出恶意节点，并进行有效地识别和隔离，确保了路由路径中节点的安全可靠。确保了路由路径中节点的安全可靠。确保了路由路径中节点的安全可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种基于节点行为的水声传感网络节点可信度评估方法


[0001]本专利技术涉及水声传感器网络安全
，特别是一种通过节点异常行为评估传感器网络中节点可信度的方法。

技术介绍

[0002]水声传感器网络是无线传感器网络的一个典型应用，作为海洋环境中的一个理想媒介，能够大范围、实时的监测目标海域，在海洋资源勘测、海洋环境监测和海域安全保证等领域拥有广阔的应用前景。
[0003]水声传感器网络作为一种无线自组织网络，具有传输介质开放、节点间协作算法、防御边界模糊等特点，容易受到各种攻击，比如Wormhole、Hello
‑
Flood、Selective Forward攻击。同时由于水声信道传输速率低、误码率高、时延长、带宽窄和节点能量消耗快等特性，网络中更容易存在某个节点自私或者被俘的情况，这样网络通信过程中并不能保证链路的节点均可信，网络鲁棒性也就得不到保障。
[0004]为了保证水声传感器网络在存在恶意节点的条件下正常运行，国内外许多学者都提出了不同的方法来进行节点信任度评估，保障网络的基本功能。Jiang Jinfang等提出基于多维信任度量(ARTMM)的攻击抵抗信任模型考虑了水声信道的特征和节点的移动性，但该算法的计算复杂度大、信任证据生成过程并没有考虑到恶意节点的影响、模糊集定义是主观的，不能适应动态水声传感器网络。Han Guangjie等提出了一种基于云理论(TMC)的信任模型来解决上述问题。云模型基于传统的模糊集和概率统计理论，可以更好地评估信任关系的不确定性。但是，在模型设计过程中提出了很多假设，对水声传感器网络中每个节点的位置信息的要求较高。Lei Shu等提出了一种基于SVM的协同信任模型(STMS)，将网络划分为簇，簇内节点分为MCH、SCH、CM，应用k
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means和SVM算法来生成信任评估模型。但是，需要假设同一簇的MCH和SCH同时受到攻击的可能性为0，并不能防御多节点联合攻击。
[0005]从上述研究可以看出，现有水声传感器网络的信任模型在设计过程中，大都未考虑水声环境的独特性和网络资源的限制。所以，这些信任模型在水声传感器网络中应用存在一定的局限性。本专利技术结合复杂水声信道特性，随网络通信实时更新节点信任评估，以信息交互过程中节点行为和交互成功率作为信任因子，同时结合空间和时间维度，提出了一种基于节点行为的水声传感网络节点可信度评估方法。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于节点行为的水声传感网络节点可信度评估方法。为了防御通过伪装、监听、欺骗等攻击方式成为候选集最佳下一跳节点的恶意节点，以获取水声传感网络节点可信度为目标，提出了一种基于节点行为的水声传感网络节点信任度评估方法。本专利技术将信息交互过程中节点行为和交互成功率作为信任因子，再利用信息熵聚合信任因子，得到直接信任度、间接信任度、历史信任度，进而求得节点信任度，建立基于节点行为的信任度评估模型。从而能够快速准确地检测出恶意节点，并进行
有效地识别和隔离，确保路由路径中节点的安全可靠。
[0007]针对水声传感器网络中存在的位置欺骗漏洞，网络自私节点及恶意节点加以利用，使得网络崩溃、降低网络寿命，进而出了一种基于节点行为的水声传感网络节点可信度评估方法。
[0008]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案的步骤如下：
[0009]第一步，计算节点直接信任度；
[0010]直接信任度主要包括节点网络通信过程中的信息交互信任度和节点行为信任度两个方面；直接信任度的计算公式如下：
[0011][0012]其中，r
ij
和b
ij
分别指信息交互信任度和节点行为信任度，和分别指信息交互信任度和节点行为信任度通过信息熵概念得到的自适应权重；
[0013](1)信息交互信任度
[0014]信息交互信任度，取决于发送节点i与其邻居节点j之间直接进行信息交互的成功次数和失败次数，故可将信息交互成功的期望认为是节点间信息交互信任度，信息交互信任度服从beta分布；
[0015]因此，信息交互信任度r
ij
表示为：
[0016][0017]其中，r
ij
表示评估节点i认为被评估节点j的信息交互信任度；α
ij
和β
ij
分别表示评估节点i与被评估节点j过去成功交互的次数及失败交互的次数；概率密度函数
[0018](2)节点行为信任度
[0019]节点行为信任度，是指在进行网络通信过程中，节点是否存在异常行为；用来感知节点可疑行为并及时调整节点信任度；依据评估节点在监控过程中所统计的被评估节点异常行为出现频次，计算被评估节点行为信任度；将b
ij
表示评估节点i认为的被评估节点j的节点行为信任度，节点行为信任度表示为：
[0020][0021]其中，为上一时间段评估节点i认为的被评估节点j的节点行为信任度；
[0022]第二步，统计计算节点在空间维度上的信任度；
[0023]间接信任度，是指评估节点通过被评估节点的其他相邻节点反馈的对被评估节点的直接信任度，是一种对节点进行空间维度的信任评估；具体表现为：评估节点i需要对被评估节点j更进一步的信任度评估时，评估节点i向其邻居节点广播一个查询信息获取被评估节点j的推荐信息，一旦收到该查询信息推荐节点k(评估节点i和被评估节点j的公共邻
居节点)以其对被评估节点j的直接信任作为推荐信息返回给评估节点i，则节点i由推荐节点k反馈的节点j的信任度表示为：
[0024][0025]其中，为评估节点k对被评估节点j的直接信任。
[0026]评估节点i的n个邻居节点作为推荐节点分别对被评估节点j进行推荐，反馈到评估节点i的信任度分别为：评估节点i将推荐节点反馈的信任度利用信息熵进行权重分配，再将各自的权重与信任度相乘得到的值求和，即可得到评估节点i对被评估节点j的间接信任度；
[0027]第三步，统计计算节点在时间维度上的信任度；
[0028]历史信任度，由于水声传感器网络的动态变化及恶意节点的选择性攻击，节点信任度评估也会随着网络通信和时间周期更迭而发生变化，故必须将节点的历史记录信任度作为节点时间维度的信任度评估；
[0029]历史信任度取决于前一更新周期的综合信任度和之前历史信任度故在本专利技术中先使用信息熵对前一更新周期的综合信任度和之前历史信任度在历史信任度所占权值进行分配，再将前一更新周期的综合信任度和之前历史信任度利用信息熵进行聚合；
[0030]第四步，综合评估节点的信任度；
[0031]基于节点行为的信任模型中节点信任度包括直接信任度以及节点在空间和时间维度上的信任度，因此，针对水下节点综合信任度的评估需要聚合节点直接信任度、间接信任度和历史信任度；使用信息熵对节点综合信任度进行聚合计算；
[0032]第五步，识别并隔离恶意节点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于节点行为的水声传感网络节点可信度评估方法，其特征在于包括下述步骤：第一步，计算节点直接信任度；直接信任度主要包括节点网络通信过程中的信息交互信任度和节点行为信任度两个方面；直接信任度的计算公式如下：其中，r
ij
和b
ij
分别指信息交互信任度和节点行为信任度，和分别指信息交互信任度和节点行为信任度通过信息熵概念得到的自适应权重；(1)信息交互信任度信息交互信任度，取决于发送节点i与其邻居节点j之间直接进行信息交互的成功次数和失败次数，故可将信息交互成功的期望认为是节点间信息交互信任度，信息交互信任度服从beta分布；因此，信息交互信任度r
ij
表示为：其中，r
ij
表示评估节点i认为被评估节点j的信息交互信任度；α
ij
和β
ij
分别表示评估节点i与被评估节点j过去成功交互的次数及失败交互的次数；概率密度函数(2)节点行为信任度节点行为信任度，是指在进行网络通信过程中，节点是否存在异常行为；用来感知节点可疑行为并及时调整节点信任度；依据评估节点在监控过程中所统计的被评估节点异常行为出现频次，计算被评估节点行为信任度；将b
ij
表示评估节点i认为的被评估节点j的节点行为信任度，节点行为信任度表示为：其中，为上一时间段评估节点i认为的被评估节点j的节点行为信任度；第二步，统计计算节点在空间维度上的信任度；间接信任度，是指评估节点通过被评估节点的其他相邻节点反馈的对被评估节点的直接信任度，是一种对节点进行空间维度的信任评估；具体表现为：评估节点i需要对被评估节点j更进一步的信任度评估时，评估节点i向其邻居节点广播一个查询信息获取被评估节点j的推荐信息，一旦收到该查询信息推荐节点k(评估节点i和被评估节点j的公共邻居节点)以其对被评估节点j的直接信任作为推荐信息返回给评估节点i，则节点i由推荐节点k反馈的节点j的信任度表示为：
其中，为评估节点k对被评估节点j的直接信任；评估节点i的n个邻居节点作为推荐节点分别对被评估节点j进行推荐，反馈到评估节点i的信任度分别为：评估节点i将推荐节点反馈的信任度利用信息熵进行权重分配，再将各自的权重与信任度相乘得到的值求和，即可得到评估节点i对被评估节点j的间接信任度；第三步，统计计算节点在时间维度上的信任度；历史信任度，由于水声传感器网络的动态变化及恶意节点的选择性攻击，节点信任度评估也会随着网络通信和时间周期更迭而发生变化，故必须将节点的历史记录信任度作为节点时间维度的信任度评估；历史信任度取决于前一更新周期的综合信任度和之前历史信任度故在本发明中先使用信息熵对前一更新周期的综合信任度和之前历史信任度在历史信任度所占权值进行分配，再将前一更新周期的综合信任度和之前历史信任度利用信息熵进行聚合；第四步，综合评估节点的信任度；基于节点行为的信任模型中节点信任度包括直接信任度以及节点在空间和时间维度上的信任度，因此，针对水下节点综合信任度的评估需要聚合节点直接信任度、间接信任度和历史信任度；使用信息熵对节点综合信任度进行聚合计算；第五步，识别并隔离恶意节点；在节点综合信任度评估阶段之后，评估节点基于被评估节点的综合信任度来...

【专利技术属性】
技术研发人员：申晓红，孙霖，刘郑国，王海燕，何轲，员一帆，张之琛，马石磊，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：