一种异构无线传感器网络及其专用的自恢复方法技术

本发明专利技术涉及传感器网络领域；本发明专利技术还涉及无线传感器网络的自恢复方法，具体为一种嵌入自律反馈控制单元的异构无线传感器网络及其基于自律计算技术实现自恢复的方法。本发明专利技术由检测代理连接决策代理、决策代理连接执行代理，检测代理、决策代理、执行代理分别和知识库连接形成自律反馈控制单元，自律反馈控制单元嵌入无线传感器网络中的簇头节点和基站中形成异构无线传感器。基于这种异构无线传感器网络的自律反馈控制单元执行的自恢复方法具体步骤包括：异常检测、异常决策、节点恢复。其中节点恢复包括微重启恢复方法和宏重启恢复方法。该发明专利技术有效节约了存储空间、能量消耗更小、自恢复功能更及时。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及传感器网络领域；本专利技术还涉及无线传感器网络的自恢复方法。具体为一种嵌入自律反馈控制单元的异构无线传感器网络及其基于自律计算技术实现自恢复的方法。
技术介绍
无线传感器网络(Wir eless Sensor Network, WSN)是由具有感知、处理和无线通信能力的传感器节点通过自组织方式形成的网络。在过去的几年中，WSN已经成为计算机研究领域的热点，其在军事、环境、健康、家庭、商业以及空间探索和灾难拯救等方面有着广阔的应用前景。传感器网络的部署方法和物理交流环境使其易受到攻击，目前较为常见的预防攻击的方法主要是加密和授权，但是这两项技术虽然能够减少传感器网络中的攻击，却不能完全消除。具体表现为，加密和授权不能防护妥协节点，受到DoS攻击的节点妥协后仍会发动攻击，并妥协其它节点。此外，即使能够有效地阻止妥协，也难以避免产生故障节点。自恢复是指系统能侦测到运行中的错误，并且能自动修正错误，提高系统的可用性。为此，如何让传感器网络检测到受到DoS攻击的妥协节点，并使其具有自我恢复的能力是一项必要和基础性的研究。现有的传感器网络的恢复方法主要有Gummadi Ramakrishna，Kothari Nupur 在 2007 年 6th International Conference on Aspect-Oriented Software Development-Research Track Proceedings 发表的 Declarative Failure Recovery for SensorNetworks提出的针对传感器网络的宏程序系统设计检测点API (应用编程接口)函数，当传感器网络应用出现故障时，从所设置的检测点重新执行来实现本地节点的恢复。 但是这种恢复技术没有实现能量的优化，不但设置的检测点增加了存储开销，且从检测点进行恢复增加了能量消耗，这对于节点资源受限的传感器节点而言是致命的。Kamali， Maryam Sedighian, Saeed, Sharifi, Mohsen 2008 ^^ IS SNIP 2008-Proceedings of the 2008 International Conference on IntelIigentSensors, Sensor Networks and Information Processing发表的文章DistributedRecovery Mechanism for Actor-Actor Connectivity in Wireless Sensor Actor认为异构无线传感器网络中，当有节点出现故障时，簇头节点隔离故障节点，并让最优邻居节点移动或拓扑重构来代替故障节点，以保证网络的正常连接。这种方法在一定程度上保证了网络应用的可靠性，但是目前传感器节点的移动技术还远未成熟，网络的稳定性不强，不适宜目前的网络状况。Bai Li, Lynn Batten2009年在· Journal of Network and Computer Applications发表的Using mobile agents torecover from node and database compromise in path-based DoS attacks in wirelesssensor networks.提到在基于路径的DoS攻击中，利用移动Agent (代理)来实现传感器网络节点和数据库妥协的恢复。Agent具有智能性，能检测出攻击并使妥协的节点有效的恢复。移动Agent搜集邻居节点的“选举”结果，得到妥协节点，并根据妥协节点数量的不同来执行相应的恢复方法，按妥协节点的数量从小到大依次为初级恢复，中级恢复和高级恢复。在大规模的网络中这种单纯利用移动Agent的方法增加了恢复延时。与本设计相关的一项专利是专利号200710024100. 8“自主移动传感器网络动态建模与控制技术” 利用移动机器人来进行可重复配置，节点移动时付出的能量开销大，实现复杂，不适合当前应用的静态传感器网络。通过对已有的传感器网络的恢复方法的分析，可见目前传感器网络的恢复方法的研究与设计还出于初期阶段，存在如下两个问题 第一，传感器节点的电源能量、通信能力、计算和存储能力都有限制，当节点恢复时，会因为能量耗尽而失效。第二，在同构传感器网络中，只有基站和大量的普通节点，在节点遍布广泛的情况下，仅仅利用移动Agent通过路由选择到达妥协的节点，进行检测和恢复处理，这样增加了恢复延时，具有一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种节约存储空间、能量消耗更小、自恢复更及时的异构无线传感器网络；本专利技术的目的还在于提供一种用于这种异构无线传感器网络的专用自恢复方法。本专利技术的目的是这样实现的 本专利技术的这种异构无线传感器网络为检测代理连接决策代理、决策代理连接执行代理，检测代理、决策代理、执行代理分别和知识库连接形成自律反馈控制单元，自律反馈控制单元嵌入无线传感器网络中的簇头节点和基站中。本专利技术基于自律反馈控制单元执行的自恢复方法，具体步骤如下 (1)异常检测传感器节点i向所在簇头节点发送包Pack⑴={ID(i)， Message}，其中Message为发送的内容，ID (i)为传感器节点的物理位置，传感器节点i发送包的数量为count (i)，根据簇头节点流量表中记录的count (i)和ID (i)，检测代理检测出所有传感器节点信息，在知识库中设立阈值M和标志位submitted，其中M为簇头节点接收到每个传感器节点发送包的数量的最大值，submitted向决策代理提交异常检测结果，若簇头节点接收到每个传感器节点包的数量大于M，则传感器节点发生妥协，标志位submitted 置为1 ；若簇头节点接收到每个传感器节点包的数量不大于M，则submitted置为0 ； (2)异常决策Cn为时间间隔t内submitted持续提交1的次数，N为时间间隔t 内submitted提交1的数量，C为时间间隔t中的另一个辅助标志位，初始值为l，m为时间间隔t内连续提交1的次数的阈值，η为时间间隔t内总共提交1的次数的阈值，当决策代理接收到检测代理提交submitted时，C = C Λ submitted，若C为1，则传感器节点异常， Cn和N都增加，否则Cn被置为0且C被置为1，当Cn超出m时，则传感器节点为严重妥协， 决策代理告知执行代理宏重启该传感器节点；当Cn没超出m但N的值超出了 η时，传感器节点为一般妥协，决策代理告知执行代理微重启该传感器节点； (3)节点恢复决策代理得出应执行的恢复策略并提交给执行代理，执行代理根据自律传感单元的知识库选择恢复方法，传感器节点为一般妥协时，执行微重启恢复方法； 当节点严重妥协时，执行宏重启恢复方法。微重启恢复方法为初始化元组数据共有I1, I2, · In个数据，Ii为每个传感器节点的属性、事件，其对应的功能函数为funi，fim2，· \ιηη，周期性更新的元数据分别为I' 1； I' 2，·Γ η，执行代理根据每个传感器节点更新到簇头知识库的元数据和知识库中原有的元数据进行比较，若对应的Ii值改变，本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种异构无线传感器网络，其特征是检测代理连接决策代理、决策代理连接执行代理，检测代理、决策代理、执行代理分别和知识库连接形成自律反馈控制单元，自律反馈控制单元嵌入无线传感器网络中的簇头节点和基站中。

【技术特征摘要】
1.一种异构无线传感器网络，其特征是检测代理连接决策代理、决策代理连接执行代理，检测代理、决策代理、执行代理分别和知识库连接形成自律反馈控制单元，自律反馈控制单元嵌入无线传感器网络中的簇头节点和基站中。2.—种异构无线传感器网络的自恢复方法，检测代理连接决策代理、决策代理连接执行代理，检测代理、决策代理、执行代理分别和知识库连接形成自律反馈控制单元，自律反馈控制单元嵌入无线传感器网络中的簇头节点和基站中构成异构无线传感器网络，其特征是基于自律反馈控制单元执行的自恢复方法具体步骤如下(1)异常检测传感器节点i向所在簇头节点发送包Pack(i) = {ID⑴，Message}，其中Message为发送的内容，ID(i)为传感器节点的物理位置，传感器节点i发送包的数量为 count (i)，根据簇头节点流量表中记录的count (i)和ID (i)，检测代理检测出所有传感器节点信息，在知识库中设立阈值M和标志位submitted，其中M为簇头节点接收到每个传感器节点发送包的数量的最大值，submitted向决策代理提交异常检测结果，若簇头节点接收到每个传感器节点包的数量大于M，则传感器节点发生妥协，标志位submitted置为1 ；若簇头节点接收到每个传感器节点包的数量不大于M，则submitted置为O ；(2)异常决策Cn为时间间隔t内submitted持续提交1的次数，N为时间间隔t内 submitted提交1的数量，C为时间间隔t中...

【专利技术属性】
技术研发人员：马春光，林相君，吕宏武，刘帅，王九如，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：93