一种基于无线传感器网络节点信誉评估的路由选择方法与流程

本发明属无线传感器网络技术领域，特别涉及一种基于无线传感器网络节点信誉评估的路由选择方法。

背景技术：

传感器器网络将传感器技术、通信技术、计算机技术结合在一起，实现了信息的采集、传输和处理，它将对未来人类生活方式产生深远的影响，被认为是21世纪最重要的技术之一。无线传感器网络出现于20世纪末，1998年美国国防部提出的“智能尘埃”概念开始，拉开了无线传感器网络的研究序幕；2001年，美国陆军提出“灵巧传感器网络通信”计划，掀起了wsn在军事方面的应用研究。美国国防部、各个军事部门、美国的英特尔公司、美国的微软公司等信息工业界巨头也开始了传感器网络方面的研究工作，并分别设立和启动相应的行动计划，展开了该领域的研究工作。美国所有著名的院校几乎都有研究小组从事传感器网络的方面的技术研究。此外，许多国家日本、英国、意大利、巴西等国家、高校、著名的网络公司也相继加入了无线传感器网络的研究。

我国无线传感器网络研究及应用与那些发达国家几乎同时起步，无线传感器网络概念于1999年正式出现在中国科学院《知识创新工程试点领域方向研究》的“信息与自动化领域研究报告”中；2002年，一些科研单位和一些大学加入到研究的行列中，自此我国的无线传感器网络的研究工作正式进行；像“传感器网络系统的基础软件及数据管理关键技术的研究”已被列为国家自然科学基金委员会、信息科学部与微软亚洲研究院正式签署的第二期联合资助项目之一，国家“十五”科技攻关项目把传感器网络列为重大研究项目。也有不少科研机构和高校清华大学、哈尔滨工业大学以及中国科学院沈阳自动化所等对此进行了大量的研究。

随着无线传感器网络的研究与发展，在军事侦察方面、环境监测方面、医疗卫生方面、农业方面、智能家居建筑方面都取得可喜的成绩。在军事侦察方面：凭借wsn自身功耗低、体积小、隐蔽性高、抗毁性能好、自组织能力强等特点，为军事侦察零伤亡实现了可能：通过飞机撒播、特种炮弹发射等手段，将传感器网络的检测装置、安置在敌军阵地，不但可以减少侦查人员的损伤，获得精确的情报，也不易被发觉。除了探测情报方面，无线传感器网络还可以加装在士兵、装备及军火上，以供识别，分清敌我，防止误打；跟踪射击对象的位置，实现精确制导；及时、准确地判断是否有生化武器及核武器的攻击，确定位置，最大可能地减小伤亡。在环境监测方面：为了防止自然环境的进一步恶化，人们将无线传感器网络应用到了环境监测中，监测平原、森林、海洋等的环境变化；进行森林火灾、洪水检测；灾害判定；气象研究、监测空气污染、水污染及土壤污染；；地表检测物种跟踪等等，不一而足。在医疗卫生方面：无线传感器网络可以将采集到的信息通过上安装特殊用途的传感器节点，如心率、血压等监测，医生就可在远端随时了解被临护病人的病情，进行及时处理和救护。在农业方面：在大型的育苗场或农田灌溉区，利用无线网络为农业研究或系统控制采集相关的参数；通过所选点所测得的各项参数进行田间研究分析与生态气候研究；检测土壤湿度和空气湿度以控制灌溉。在智能家居方面：采用无线传感器网络，在楼体自身安装节点，安装了传感器网络的智能建筑就会自动告诉管理部门它们的状态信息，从而可以使管理部门按照优先级来进行一系列的修复工作。同样的道理，还可以通过它加强对古老建筑和珍贵文物的保护，将具有温度、湿度、压力、加速度、光照等传感器的节点布放保护对象自身和周围，可以有效的监测被保护建筑和文物状态，从而达到保护的目的。美国911事件的发生，使反恐成为各国普遍关注的问题。反恐问题主要是要及时的收集信息，加强对周围环境的监测，能够及时有效地应对突发事件，将传感器网络技术应用于反恐问题，可以有效地放置恐怖袭击事件的发生。

物联网、无线传感器网络将是未来的一个无孔不入的十分庞大的网络，其应用可以涉及到人类日常生活和社会生产活动的所有领域。但是，我们还应该清楚地认识到，无线传感器网络才刚刚开始发展，它的技术、应用都还远谈不上成熟。比如能量受限，受环境的限制,传感器节点通常由不可更换且电量有限的电池供电,当电池电量耗尽，传感器节点便不会继续工作。怎样能在节约能源的基础的充分发挥节点的作用，减少甚至阻止恶意节点对电池能量的浪费，是目前我们亟待解决问题。比如传感器结点常常直接暴露在环境中，安全性比较差。无线传感器网络采用分布式控制、无线信道、有限电源等技术,使得网络主机非常容易受到剥夺睡眠、拒绝服务、被动窃听、主动入侵等形式的网络攻击。如何在多径路由情况下，正确的选择可信节点，排除攻击节点，也是目前我们亟待解决的问题。利用俘获节点参与正常通信造成的破坏，最终导致节点能量耗尽、以及节点的黑洞攻击造成的路由黑洞、虚假的路由信息攻击、选择性转发攻击、女巫攻击、hello洪泛攻击、假冒应答攻击及关键点攻击等各种新型攻击。

综上所述，仅靠传统的密码安全认证的安全机制已经无法解决当前开放环境下无线传感器网络的内部攻击安全问题。本研究采用分层架构综合分析了影响传感器网络中能量信任、通信信任和路由向量信任的三大框架，在多径路由协议aomdv基础上，借鉴专家系统不确定推理方法bayes算法模型结合。此模型分别对通信信任层次、能量信任层次多影响内部因素进行研究，采用分层专家系统不确定推理方法组合，最终在aomdv路由向量中客观选出安全、高效的路由节点。从而使异构无线传感器网络有效的识别多因素网络内部攻击节点，防范恶意节点攻击，提高了数据传输的成功率，使开放环境下无线传感器网络的内部攻击安全性更上一个台阶。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于无线传感器网络节点信誉评估的路由选择方法，所述方法包括如下步骤：

s1，基于aomdv多径路由协议建立无线传感器网络中源节点与目的节点的路由向量模型，源节点洪泛发送路由请求rreq到达目的节点；

s2，建立能量评估模型，在进行能量评估时，记录各路径中节点能量消耗关系映射表，得出基于能量评估后的能量路径表；

s3，建立通信信任模型，根据所述能量路径表以及源节点、目的节点以及中间节点的数据评估参数对节点综合评估获取各节点的信誉值，通过所述信誉度以更新能量路径表，获取最优网络节点路径，使得所述源节点将数据安全、高效的传输到目的节点。

优选的，所述步骤s1，具体为，

s11，源节点洪泛广播rreq的路由建立请求，中间节点收到rreq后建立与源节点之间的反向路径，并自查是否属于目的节点，若否，则向相邻的节点广播接收到的rreq；

s12，若某个中间节点收到了相同的rreq，则判断先后收到的rreq来自于不同的节点基于aomdv协议的第一跳和最后一跳是否相同，如果相同，则基于节点之间的链路不能交叉的原则建立不同的反向路径，向相邻节点转发先收到的rreq；

s13，目的节点接收到rreq后通过反向路径，建立目的节点与源节点之间的路径关系。

优选的，所述步骤s12还包括，所述中间节点接收到目的节点返回的rreq后，选择一条未使用的反向路径将rreq传送回源节点，使用过的反向路径不再被使用，从而建立源节点、中间节点及目的节点的反向路径。

优选的，所述步骤s2，具体为，在目的节点收到源节点的rreq后，生成与之对应的rrep响应分组，中间节点从目的节点接收到所述rrep后，建立到目的节点的前向路由表，并在该路由表中插入rrep携带的路径上的最小能量阈值，若中间节点已经存在其他的路由表，则对比两个路由表，选择剩余能量最大的路由，并设置优先级，并通过反向路径，源节点接收rrep,并建立基于能量优先级的路由集合。

优选的，所述根据所述能量路径表以及源节点、目的节点以及中间节点的数据评估参数对节点综合评估获取各节点的信誉度，具体为，利用贝叶斯算法对路径进行安全评估，得到节点的信誉值，具体计算公式如下：

其中，αk代表节点k好的通信行为的统计数据，βk代表节点k坏的通信行为的统计，将所述信誉值与预先设定的信誉值进行比较，如果小于预先设定的信誉值，则该节点为的评估系数低，在节点选择时，丢弃该节点所在路径，如果高于预先设定的信誉值，则该节点的评估系数高，同时，基于能量路径表以及评估系数的高低，对所有路径设置优先级顺序，选择能量路径表中路径与评估系数最高的路径作为主路径，选择次一位的路径为备用路径。

通过对异构无线传感器网络的研究，在aomdv多径路由协议基础上，结合专家系统不确定推理方法bayes算法，分析无线传感器节点中的能量因素、通信因素和路由向量因素对其自身信誉的影响，客观选出安全、高效的无线传感器路由节点；使异构无线传感器网络能够更有效的识别多因素网络内部攻击节点，防范恶意节点攻击，提高数据传输的成功率，解决传统的密码安全认证的安全机制无法解决的内部攻击安全问题，使开放环境下无线传感器网络的内部攻击安全性更上一个层次。

附图说明

图1为本发明提出的基于无线传感器网络节点信誉评估的路由选择方法流程图；

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作出详细说明。

如图1所示，本发明提供了一种无线传感器网络节点信誉评估的路由选择方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

s1，基于aomdv多径路由协议建立无线传感器网络中源节点与目的节点的路由向量模型，源节点洪泛发送路由请求rreq到达目的节点；

s11，源节点洪泛广播rreq的路由建立请求，中间节点收到rreq后建立与源节点之间的反向路径，并自查是否属于目的节点，若否，则向相邻的节点广播接收到的rreq；

s12，若某个中间节点收到了相同的rreq，则判断先后收到的rreq来自于不同的节点基于aomdv协议的第一跳和最后一跳是否相同，如果相同，则基于节点之间的链路不能交叉的原则建立不同的反向路径，向相邻节点转发先收到的rreq，所述中间节点接收到目的节点返回的rreq后，选择一条未使用的反向路径将rreq传送回源节点，使用过的反向路径不再被使用，从而建立源节点、中间节点及目的节点的反向路径。

s13，目的节点接收到rreq后通过反向路径，建立目的节点与源节点之间的路径关系。

无线传感器网络中，传感器节点将数据通过节点传输到sink节点。在信息传输时选择的路由直接影响数据能否正确而高效到达目的节点。故在aomdv协议基础上制定相应策略对两条以上路由向量进行路由向量评估。

aomdv多径路由协议初始化过程通过无线传感器网络洪泛发送路由请求rreq到达目的节点，然后再反向路径发送路由回复rrep，保留最先到达该源节点的路径作为主路径，第二个到达该源节点的路由作为备用路径。然后在此两条路径基础上再通过下面的能量信任专家模型、通信信任专家模型分别加以评估。若所有发送rreq的邻节点都没有与源节点进行过交互，则将其按初始值进行赋值。最终建立两条一主一辅可信的传输路径。

在数据通信方面，节点进行数据传输除了通过aomdv多径路由协议选择的路径节点进行能量评估是不够的，除在网络初始化时各节点赋予初始值，在网络创建好后各个节点在通信方面受影响的因素因子很多。本通信信任模型对被评估节点的发送率、数据新鲜性、数据的一致性、数据的转发率、数据完整性和时间范围性进行总体贝叶斯专家系统评估。在此假设节点i与节点j互为邻居节点，当数据传输时节点i为评估主体，则节点j为评估客体。

在通信模型中建立的各节点风险可信度因子函数，都是基于各风险评估模型完全可信的情况下，在实际网络中就通信模型也是受节点的发送率、数据新鲜性、数据的一致性、数据的转发率、数据完整性和时间范围性因素的影响，而他们在总的通信风险可信评估中各占有一定的比例，故要综合考虑节点评估机制和节点评估规则两方面的可信度。最终在各个层次评价模型中再次基于改进的主观贝叶斯算法专家系统进行评估确定，给出安全、高效、可信的路径。

s2，建立能量评估模型，在进行能量评估时，记录各路径中节点能量消耗关系映射表，得出基于能量评估后的能量路径表；

在目的节点收到源节点的rreq后，生成与之对应的rrep响应分组，中间节点从目的节点接收到所述rrep后，建立到目的节点的前向路由表，并在该路由表中插入rrep携带的路径上的最小能量阈值，若中间节点已经存在其他的路由表，则对比两个路由表，选择剩余能量最大的路由，并设置优先级，并通过反向路径，源节点接收rrep,并建立基于能量优先级的路由集合。

s3，建立通信信任模型，根据所述能量路径表以及源节点、目的节点以及中间节点的数据评估参数对节点综合评估获取各节点的信誉值，通过所述信誉度以更新能量路径表，获取最优网络节点路径，使得所述源节点将数据安全、高效的传输到目的节点。

所述根据所述能量路径表以及源节点、目的节点以及中间节点的数据评估参数对节点综合评估获取各节点的信誉度，具体为，利用贝叶斯算法对路径进行安全评估，得到节点的信誉值，具体计算公式如下：

其中，αk代表节点k好的通信行为的统计数据，βk代表节点k坏的通信行为的统计，将所述信誉值与预先设定的信誉值进行比较，如果小于预先设定的信誉值，则该节点为的评估系数低，在节点选择时，丢弃该节点所在路径，如果高于预先设定的信誉值，则该节点的评估系数高，同时，基于能量路径表以及评估系数的高低，对所有路径设置优先级顺序，选择能量路径表中路径与评估系数最高的路径作为主路径，选择次一位的路径为备用路径。

本发明的有益效果

①异构无线传感器网络路由采用多径路由aomdv协议，对符合主辅路由的节点集中借鉴不确定推理bayes算法，分别建立能量信任模型、通信信任模型，从而形成路由向量信任组合。

②通信信任模型中充分考虑到节点的发送率、数据新鲜性、数据的一致性、数据的转发率、数据完整性和时间范围性等因素，建立各自相应函数。

对于本领域技术人员而言，显然本发明实施例不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明实施例的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明实施例。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明实施例内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统、装置或终端权利要求中陈述的多个单元、模块或装置也可以由同一个单元、模块或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。