本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)傳輸，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種物聯(lián)網(wǎng)邊緣網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)安全傳輸方法。

背景技術(shù)：

1、隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，低功耗設(shè)備在物聯(lián)網(wǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。這些設(shè)備通過(guò)采集和傳輸環(huán)境數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)等信息，為智能家居、工業(yè)自動(dòng)化、智慧農(nóng)業(yè)等場(chǎng)景提供了重要支持。然而，低功耗設(shè)備通常受限于其有限的計(jì)算能力和電池壽命。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，通常采用高?qiáng)度的加密算法對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，加密方式不夠靈活，由于高強(qiáng)度加密算法的計(jì)算復(fù)雜度較高，往往需要消耗大量的計(jì)算資源和能量，這樣會(huì)導(dǎo)致低功耗設(shè)備的電池耗盡速度加快，嚴(yán)重影響設(shè)備的使用壽命和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

3、為了解決上述問(wèn)題，現(xiàn)提供一種技術(shù)方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種物聯(lián)網(wǎng)邊緣網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)安全傳輸方法以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種物聯(lián)網(wǎng)邊緣網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)安全傳輸方法，包括如下步驟：

4、由低功耗物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對(duì)感知數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并對(duì)感知數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；

5、通過(guò)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)張量分解對(duì)通信通道的多維負(fù)載狀態(tài)進(jìn)行分析，評(píng)估通信通道未來(lái)的負(fù)載變化的風(fēng)險(xiǎn)程度；

6、通過(guò)分布式時(shí)間優(yōu)化博弈對(duì)加密解密鏈路的時(shí)間分布進(jìn)行分析，評(píng)估鏈路延遲的均衡性；

7、基于通信通道未來(lái)的負(fù)載變化趨勢(shì)和鏈路延遲的均衡性，動(dòng)態(tài)調(diào)整是否使用輕量級(jí)加密算法。

8、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，由低功耗物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對(duì)感知數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并對(duì)感知數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，具體為：

9、通過(guò)低功耗物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的傳感器模塊獲取感知數(shù)據(jù)，感知數(shù)據(jù)包括環(huán)境數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)和用戶(hù)行為數(shù)據(jù)；

10、對(duì)獲取的感知數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理，去除異常值和無(wú)效數(shù)據(jù)；

11、對(duì)感知數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化操作，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)化格式；

12、對(duì)感知數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，將數(shù)據(jù)值歸一化至預(yù)設(shè)范圍，確保不同維度的感知數(shù)據(jù)具有一致的量綱。

13、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)張量分解對(duì)通信通道的多維負(fù)載狀態(tài)進(jìn)行分析，評(píng)估通信通道未來(lái)的負(fù)載變化的風(fēng)險(xiǎn)程度，具體為：

14、獲取通信通道的多維數(shù)據(jù)，通信通道的多維數(shù)據(jù)包括時(shí)間維度數(shù)據(jù)、設(shè)備維度數(shù)據(jù)和通道維度數(shù)據(jù)；

15、其中，時(shí)間維度數(shù)據(jù)記錄了通信通道在不同時(shí)間段的負(fù)載變化情況，設(shè)備維度數(shù)據(jù)記錄了參與通信的各個(gè)設(shè)備的流量占用情況，通道維度數(shù)據(jù)記錄了不同通信通道的帶寬使用情況；

16、構(gòu)建通信通道的多維張量模型，將通信通道的多維數(shù)據(jù)輸入張量模型以表征通信通道的負(fù)載狀態(tài)；

17、使用張量分解算法對(duì)多維張量模型進(jìn)行分解，提取各維度的主特征信息；

18、其中，主特征信息包括通信通道在未來(lái)時(shí)間段的負(fù)載趨勢(shì)、特定設(shè)備對(duì)通道負(fù)載的影響以及通道帶寬的動(dòng)態(tài)使用情況；

19、根據(jù)張量分解提取的主特征信息生成通信通道負(fù)載變化趨勢(shì)的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，基于通信通道負(fù)載變化趨勢(shì)的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)估通信通道未來(lái)的負(fù)載變化的風(fēng)險(xiǎn)程度。

20、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，使用張量分解算法對(duì)多維張量模型進(jìn)行分解，提取各維度的主特征信息，具體為：

21、張量分解采用高階奇異值分解算法，其分解公式為：；其中，為核心張量，為時(shí)間維度的特征矩陣，為設(shè)備維度的特征矩陣，為通道維度的特征矩陣，、和分別是時(shí)間維度、設(shè)備維度和通道維度的特征數(shù)，為時(shí)間維度的主特征編號(hào)，為設(shè)備維度的主特征編號(hào)，為通道維度的主特征編號(hào)；

22、根據(jù)分解結(jié)果提取時(shí)間維度主特征、設(shè)備維度主特征和通道維度主特征。

23、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，根據(jù)張量分解提取的主特征信息生成通信通道負(fù)載變化趨勢(shì)的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，基于通信通道負(fù)載變化趨勢(shì)的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)估通信通道未來(lái)的負(fù)載變化的風(fēng)險(xiǎn)程度，具體為：

24、從張量分解得到的時(shí)間維度特征矩陣中提取每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的特征向量，從設(shè)備維度特征矩陣中提取設(shè)備的特征值，從通道維度特征矩陣中提取通道的特征值；

25、采用核方法構(gòu)建非線性預(yù)測(cè)模型，公式如下：；其中，表示下一時(shí)間點(diǎn)的通道的負(fù)載預(yù)測(cè)值，表示時(shí)間維度特征矩陣中時(shí)間點(diǎn)和時(shí)間特征的特征值，表示設(shè)備維度特征矩陣中設(shè)備和設(shè)備特征?的特征值，表示通道維度特征矩陣中通道和通道特征的特征值，表示核函數(shù)，為回歸權(quán)重，是時(shí)間點(diǎn)索引，是時(shí)間窗口的長(zhǎng)度；

26、計(jì)算未來(lái)負(fù)載變化風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，其表達(dá)式為：；其中，是未來(lái)負(fù)載變化風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，表示預(yù)測(cè)時(shí)間點(diǎn)通信通道的負(fù)載值，表示通信通道的最大允許負(fù)載容量，表示當(dāng)前的時(shí)間步長(zhǎng)索引，表示預(yù)測(cè)時(shí)間窗口的總長(zhǎng)度。

27、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，通過(guò)分布式時(shí)間優(yōu)化博弈對(duì)加密解密鏈路的時(shí)間分布進(jìn)行分析，評(píng)估鏈路延遲的均衡性，具體為：

28、獲取加密解密鏈路的時(shí)間分布數(shù)據(jù)，包括加密處理時(shí)間、解密處理時(shí)間和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，加密處理時(shí)間記錄了各節(jié)點(diǎn)在鏈路上的加密操作時(shí)長(zhǎng)，解密處理時(shí)間記錄了解密操作時(shí)長(zhǎng)，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間記錄了數(shù)據(jù)在鏈路中每段的傳輸時(shí)延；

29、構(gòu)建鏈路的時(shí)間分布博弈模型，設(shè)定鏈路中各節(jié)點(diǎn)為博弈參與者，每個(gè)參與者的策略為調(diào)整其加密和解密時(shí)間以?xún)?yōu)化鏈路總延遲，定義各參與者的損失函數(shù)為節(jié)點(diǎn)自身時(shí)間分布與鏈路總延遲的耦合函數(shù)；

30、通過(guò)分布式優(yōu)化算法迭代計(jì)算博弈均衡，優(yōu)化過(guò)程包括：

31、a.初始化每個(gè)節(jié)點(diǎn)的加密時(shí)間、解密時(shí)間和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間；

32、b.在每次迭代中，節(jié)點(diǎn)基于其本地時(shí)間分布和其他節(jié)點(diǎn)的策略，更新其加密和解密時(shí)間；

33、c.當(dāng)博弈過(guò)程收斂時(shí)，確定鏈路時(shí)間分布的均衡狀態(tài)；

34、提取優(yōu)化后的鏈路時(shí)間分布均衡結(jié)果，包括各節(jié)點(diǎn)的加密時(shí)間、解密時(shí)間和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間；

35、基于時(shí)間分布均衡結(jié)果計(jì)算鏈路的延遲均衡性指標(biāo)，延遲均衡性指標(biāo)用于量化鏈路中各節(jié)點(diǎn)時(shí)間分布的均衡程度。

36、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，基于通信通道未來(lái)的負(fù)載變化趨勢(shì)和鏈路延遲的均衡性，動(dòng)態(tài)調(diào)整是否使用輕量級(jí)加密算法，具體為：

37、設(shè)定未來(lái)負(fù)載變化風(fēng)險(xiǎn)閾值和延遲均衡性閾值；

38、當(dāng)未來(lái)負(fù)載變化風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)小于等于未來(lái)負(fù)載變化風(fēng)險(xiǎn)閾值，且延遲均衡性指標(biāo)大于延遲均衡性閾值時(shí)，則判定使用輕量級(jí)加密算法；否則，則判定不使用輕量級(jí)加密算法。

39、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，一種物聯(lián)網(wǎng)邊緣網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)安全傳輸方法還包括：

40、當(dāng)使用輕量級(jí)加密算法時(shí)，基于輕量級(jí)加密算法對(duì)感知數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，生成初步加密數(shù)據(jù)，將初步加密數(shù)據(jù)從低功耗設(shè)備傳輸至邊緣網(wǎng)關(guān)；

41、邊緣網(wǎng)關(guān)對(duì)初步加密數(shù)據(jù)進(jìn)行高強(qiáng)度加密升級(jí)，生成深度加密數(shù)據(jù)并傳輸至云端服務(wù)器。

42、本發(fā)明一種物聯(lián)網(wǎng)邊緣網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)安全傳輸方法的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

43、1、本發(fā)明提出了一種物聯(lián)網(wǎng)邊緣網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)安全傳輸方法，通過(guò)結(jié)合通信通道的負(fù)載變化風(fēng)險(xiǎn)和鏈路延遲的均衡性，動(dòng)態(tài)調(diào)整是否使用輕量級(jí)加密算法，實(shí)現(xiàn)了低功耗設(shè)備的數(shù)據(jù)安全傳輸與能耗優(yōu)化的平衡。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)張量分解分析通信通道的多維負(fù)載狀態(tài)并預(yù)測(cè)未來(lái)的負(fù)載變化趨勢(shì)，能夠動(dòng)態(tài)感知通信網(wǎng)絡(luò)的壓力變化，避免在網(wǎng)絡(luò)高負(fù)載狀態(tài)下使用復(fù)雜加密算法而導(dǎo)致傳輸效率下降。同時(shí)，通過(guò)分布式時(shí)間優(yōu)化博弈對(duì)加密解密鏈路的時(shí)間分布進(jìn)行分析，有效評(píng)估鏈路延遲均衡性，并在鏈路時(shí)延均衡的基礎(chǔ)上優(yōu)化加密策略，提高了鏈路整體性能，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性。

44、2、通過(guò)邊緣網(wǎng)關(guān)對(duì)低功耗設(shè)備的初步加密數(shù)據(jù)進(jìn)行高強(qiáng)度加密升級(jí)，生成深度加密數(shù)據(jù)并傳輸至云端服務(wù)器，進(jìn)一步增強(qiáng)了數(shù)據(jù)在傳輸全過(guò)程中的安全性。該方案結(jié)合輕量級(jí)加密算法與高強(qiáng)度加密算法的優(yōu)勢(shì)，充分利用低功耗設(shè)備的計(jì)算資源，同時(shí)依托邊緣網(wǎng)關(guān)強(qiáng)大的處理能力完成更復(fù)雜的加密操作，從而實(shí)現(xiàn)了資源優(yōu)化分配。整個(gè)方法能夠在保證數(shù)據(jù)安全的同時(shí)延長(zhǎng)設(shè)備的電池壽命，減少設(shè)備因頻繁加密導(dǎo)致的過(guò)早失效，顯著提高了物聯(lián)網(wǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)中低功耗設(shè)備的可靠性和可持續(xù)性。