专利名称：基于拓扑结构的无线传感网络的信任路由算法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种信任路由算法，具体涉及一种基于拓扑结构的无线传感网络的信任路由算法。
背景技术：
无线传感网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成一个多跳自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域内被感知对象的信息，并发送给观察者。随着无线传感网络的广泛应用，尤其是在军事与商业方面，需要网络具有足够的安全可信性。无基础设施、无线链路等因素致使无线传感网络有窃听、假冒等系统脆弱性，易受到各种攻击，如节点俘获、选择性转发攻击、女巫攻击、Sinkhole攻击、wormhole攻击等。可信安全路由成为无线传感网络的一个重要研究方向。由于传感器节点计算、存储和能耗资源的制约使得普通的路由安全机制不能很好的应用于无线传感网络。现有的无线传感网络路由协议大致分为以下几类:能量感知路由协议、基于查询的路由协议和地理位置路由协议等。这些协议主要从能耗以及实施性方面讨论了传感网络的路由机制，为了保证数据传输的可靠性，通过增加冗余的方式来达到，造成网络能量的部分浪费，并且不能有效地抵御各种攻击。已有的一些安全路由协议大多是针对一般的自组织Ad hoc网络提出的，而对于无线传感网络安全路由方面的研究仍然很少，最具代表性的协议是 SPINS[Perrig A.SPINS: security protocols for sensor networks.WirelessNetworks, 2002, 8 (8): 521-534.]，该协议旨在解决具有有限资源的无线传感器网络的安全通信问题，它引入SNEP和ii TESLA2个安全构件。SNEP协议在通信双方采用2个同步的计数器，并应用于加密和消息认证码(MAC, message authentication code)计算中，从而获得数据机密性、数据认证和完整性功能。U TESLA协议通过应用对称密钥算法来实现认证广播，它在TESTLA[Hu Y，Perrig A, Johnson D.Ariadne:a secure on demand routing protocolfor Ad hoc networks.Proceedings of ACM M0BIC0M.Atlanta: [s.n.]，2002:12-23.]协议基础上进行了扩展和适用性改造，能满足资源高度受限的无线传感器网络。SPINS协议还分别利用SNEP和UTESLA协议实现了路由认证方案和安全的点到点密钥协商。综上可知无线传感网络的安全路由协议大都是基于Ad hoc安全路由协议的改造，把传统的信任管理进行适当简化。而传统的信任管理如公钥加密、身份验证等，因为需要复杂的软件、硬件、大容量存储器、高处理速度和通信带宽不适合于无线传感网络。因此，应用于无线传感网络的新型信任管理系统被提出，它仅需少量的节点资源就可实现对无线传感网络的信任管理，抵抗各种攻击。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有传统信任管理技术的不足，提出一种基于拓扑结构的无线传感网络的新型信任管理系统的信任路由算法。它考虑节点安全性对路由选择的影响，依据节点的可信度是否满足约束条件来形成有效路径，更好地保证无线数据通信的安全。为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:一种基于拓扑结构的无线传感网络的信任路由算法，具体步骤如下:步骤1)拓扑值初始化，以使节点定位自己在网络中的拓扑位置，并告知邻居节
占.
步骤2)节点信任值计算，检测网络的攻击节点，并判断是否达到信任值更新条件，倘若是，则更新信任值后进入步骤3)，倘若否，则直接进入步骤3)；步骤3)节点选择概率计算:将拓扑值和信任值相结合得到各邻居节点被选为下一跳路由节点的比例系数CRS;步骤4)模糊选择，并判断是否选出下一跳路由节点，倘若是，则发送或转发消息给下一跳节点，倘若否，则判断待选节点是否为空；倘若是，则返回步骤1)，倘若否，则通知上一跳发送节点信息转发失败。所述步骤I)分为两个部分: A)网络起始阶段节点初始化:其主要由基站发起，进行网络的层次划分，节点初始化自身拓扑值并记录邻居信息；其流程为:由基站广播初始化信息，基站拓扑值Ievel=O,邻居节点在收到广播信息后初始化；B)运行过程中节点更新:在网络运行过程中，当节点发现其上层邻居节点和本层邻居节点全部处于未工作状态时，节点将重新更新自身的拓扑值，其中，拓扑值小的为上层，相等的为本层，大的为下层，所述未工作状态为节点休眠或死亡；其流程为:节点将自身重置为未初始化状态，向邻居广播请求邻居信息，邻居在收到请求后将自身信息发送给请求节点；节点在收到邻居信息后重新初始化。所述初始化的具体方法是:步骤1-1)收到邻居拓扑值信息，其拓扑值为i，判断是否为第一次收到，倘若是，则进入步骤1-2)，倘若否，则判断自身拓扑值j是否大于i+1 ;倘若是，则进入步骤1-2)，倘若否，则进入步骤1-3);步骤1-2)自身拓扑值为i+1，广播拓扑值信息给邻居节点，进入步骤1-3)；步骤1-3)记录邻居信息。所述步骤2)中节点信任值包括直接信任、间接信任和综合信任三部分:所述直接信任是评价节点A根据与被评价节点B的直接交互而做出的信任评价值，记为 Tdirect (A B) ;直接信任值的获取主要根据节点的历史信任值Ttjlddirat和当前信任值
权利要求
1.一种基于拓扑结构的无线传感网络的信任路由算法，其特征在于，具体步骤如下: 步骤I)拓扑值初始化，以使节点定位自己在网络中的拓扑位置，并告知邻居节点； 步骤2)节点信任值计算，检测网络的攻击节点，并判断是否达到信任值更新条件，倘若是，则更新信任值后进入步骤3)，倘若否，则直接进入步骤3)； 步骤3)节点选择概率计算:将拓扑值和信任值相结合得到各邻居节点被选为下一跳路由节点的概率CRS ； 步骤4)模糊选择，并判断是否选出下一跳路由节点，倘若是，则发送或转发消息到下一跳节点，倘若否，则判断待选节点是否为空；倘若是，则返回步骤1)，倘若否，则通知发送节点信息转发失败。
2.根据权利要求1所述的信任路由算法，其特征在于，所述步骤I)分为两个部分: A)网络起始阶段节点初始化:其主要由基站发起，进行网络的层次划分，节点初始化自身拓扑值并记录邻居信息；其流程为:由基站广播初始化信息，基站拓扑值Ievel=O,邻居节点在收到广播信息后初始化； B)运行过程中节点更新:在网络运行过程中，当节点发现其上层邻居节点和本层邻居节点全部处于未工作状态时，节点将重新更新自身的拓扑值，其中，拓扑值小的为上层，相等的为本层，大的为下层，所述未工作状态为节点休眠或死亡；其流程为:节点将自身重置为未初始化状态，向邻居广播请求邻居信息，邻居在收到请求后将自身信息发送给请求节点；节点在收到邻居信息后重新初始化。
3.根据权利要求1或2所述的信任路由算法，其特征在于，所述初始化的具体方法是: 步骤1-1)收到邻居拓扑值信息，其拓扑值为i，判断是否为第一次收到，倘若是，则进入步骤1-2)，倘若否，则判断自身 拓扑值j是否大于i+1 ;倘若是，则进入步骤1-2)，倘若否，则进入步骤1-3); 步骤1-2)自身拓扑值为i+1，广播拓扑值信息给邻居节点，进入步骤1-3)； 步骤1-3)记录邻居信息。
4.根据权利要求1所述的信任路由算法，其特征在于，所述步骤2)中节点信任值包括直接信任、间接信任和综合信任三部分: 所述直接信任是评价节点A根据与被评价节点B的直接交互而做出的信任评价值，记为Tdirat(A^b)；直接信任值的获取主要根据节点的历史信任值Ttjlddirerf和当前信任值Tmwdirat利用公式(I)和(2)计算:Tdirect (A — B) ^old ^ ^olddirect^^new ^ ^newdirect(I) V rT1_ newdirect (A^-B) 广(2) (U ￥。1<1和Wn 是指历史彳目任值和当前彳目任值在计算中所占的比重，且Wold+Wn = I ;SA —!3是指节点B正常处理来自节点A消息的次数，Ca^b是指节点A发送消息给节点B的总次数；所述间接信任是评价节点A根据与被评价节点B及自身均有直接交互的第三方节点C的信任评价信息而做出的评价值，记为T__md(A —B);间接信任值利用公式(3)计算:
5.根据权利要求1所述的信任路由算法，其特征在于，所述步骤3)中节点A选择邻居节点B为下一跳节点的比例系数CRS，公式如下:CRS{A —> B)— CATL-B.TL X Integrate(A-^E) 其中，C为常数且C〈l，具体取值根据应用场景定义，A.TL为节点A的拓扑值，B.TL为节点B的拓扑值。
6.根据权利要求1所述的信任路由算法，其特征在于，所述步骤4)中，模糊选择，选出下一跳路由节点，具体步骤为: 步骤4-1)模糊选择的核心为模糊区间划分，其基本原理为: 将区间
均分为n个区间
, [ArF/2, A2+F/2],……， [A-F/2, Ai+1+F/2]，......，[An_「F/2，I]，Ai 为常数，等于丄，i = 1，2， ，(n_l)，F 为 模糊区间宽度，小于区间叠加部分为模糊区间，区间非叠加部分为绝对区间， [ArF/2, Ai+1+F/2]是等级为i的区间； 步骤4-2)模糊区间划分后，根据候选节点被选为下一跳节点的比例系数CRS值，将候选节点放入模糊区间中，然后进行模糊选择: 首先将选择区间
均分为n个区间，将候选节点按CRS值大小放入模糊区间相应位置；然后根据系统设置的模糊选择等级Y，从区间[1，-]开始选取，若选到下一跳节点则返回结果，否则再从[Am-F/2，-]选取，……，直到区间[An_k-F/2，-]为止，下标k满足关系式
7.根据权利要求1所述的信任路由算法，其特征在于，所述步骤4-2)中，比例系数CRS与区间队4/2乂+#/2]的归属关系用公式(6)表示，n为区间
均分的 区 I 司数。
全文摘要
本发明公开了一种基于拓扑结构的无线传感网络的信任路由算法。具体步骤如下1)拓扑值初始化，以使节点定位自己在网络中的拓扑位置，并告知邻居节点；2)节点信任值计算，检测网络的攻击节点，并判断是否达到信任值更新条件，倘若是，则更新信任值后进入步骤3)，倘若否，则直接进入步骤3)；3)节点选择概率计算将拓扑值和信任值相结合得到各邻居节点被选为下一跳路由节点的概率CRS；4)模糊选择，并判断是否选出下一跳路由节点，倘若是，则发送或转发消息，倘若否，则判断待选节点是否为空；倘若是，则返回步骤1)，倘若否，则通知发送节点信息转发失败。
文档编号H04W40/20GK103209453SQ20131014814
公开日2013年7月17日 申请日期2013年4月25日 优先权日2013年4月25日
发明者张瑞华, 陈中伟 申请人:山东大学