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一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信任值計算方法

文檔序號:10616582閱讀:761來源:國知局
一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信任值計算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信任值計算方法,屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域;該方法包括,步驟一:無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點交互概率矩陣的建立,根據(jù)PageRank算法將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的交互關(guān)系轉(zhuǎn)換為各節(jié)點交互概率矩陣;步驟二:確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的概率分布向量收斂值;步驟三:無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的信任值計算,引入報文轉(zhuǎn)發(fā)率和權(quán)重系數(shù)與概率分布向量收斂值綜合計算節(jié)點的信任值;本發(fā)明方法計算代價低,功耗??;可以有效地增強網(wǎng)絡(luò)的安全性,提高網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量,降低網(wǎng)絡(luò)通信代價。
【專利說明】
-種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信任值計算方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域,具體設(shè)及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信任值計 算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前針對無線網(wǎng)絡(luò)安全的措施主要有基于密碼學(xué)的安全措施和基于信任模型的 安全保障機制。密碼學(xué)技術(shù)能較好地防御各種外部攻擊,卻無法有效地抵御網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部惡意 節(jié)點的攻擊;基于信任值構(gòu)建的信任模型研究如何在異構(gòu)不確定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,根據(jù)網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點交互過程所呈現(xiàn)的各種主客觀證據(jù),動態(tài)評估其它節(jié)點的可信程度,并據(jù)此作出有利 于上層應(yīng)用的決策。信任模型參與節(jié)點的路由選擇及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),能及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié) 點的異常行為,有效地增強網(wǎng)絡(luò)的安全性和魯棒性。
[0003] 目前,對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)學(xué)術(shù)界已經(jīng)提出了一些信任值的計算方法,但是存在 信任值無法客觀準(zhǔn)確地描述節(jié)點的可信度、計算復(fù)雜及通信代價高等不足,而無法適用于 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的:提供一種基于化geRank算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)信任值計算方法, 可W解決目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中存在信任值無法客觀準(zhǔn)確地描述節(jié)點的可信度、計算復(fù)雜 度及通信代價高等問題。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用的技術(shù)方案是: 一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信任值計算方法,包括如下步驟: 步驟一:無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點交互概率矩陣的建立,根據(jù)化geRank算法將無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的交互關(guān)系轉(zhuǎn)換為各節(jié)點交互概率矩陣; 步驟二:確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的概率分布向量收斂值,初始狀態(tài)下,某個節(jié)點與 網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點交互的概率除其本身為零值外都是相等的,可建立初始狀態(tài)下節(jié)點交互 概率的列向量,該列向量去右乘交互概率矩陣,就得到了第一次交互后的概率分布向量,再 用第一次交互后的概率分布向量繼續(xù)去右乘交互概率矩陣,就得到了第二次交互后的概率 分布向量,多次迭代后的概率分布向量會收斂,可獲得節(jié)點的概率分布向量收斂值; 步驟無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的信任值計算,引入報文轉(zhuǎn)發(fā)率和權(quán)重系數(shù)與概率分 布向量收斂值綜合計算節(jié)點的信任值; 所述步驟=中節(jié)點的信任值通過如下公式計算:
其中,衣:表示節(jié)點j的信任值; 巧:表示節(jié)點j的概率分布向量收斂值; /Af後:表示節(jié)點j的報文轉(zhuǎn)發(fā)率; 徐:表示權(quán)重系數(shù),取值在0~1之間; 利用信任值進(jìn)行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)路徑選擇: 步驟一:確認(rèn)單跳信任值的最大值,在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,某一時刻如果某個節(jié)點經(jīng)過 多跳與目的節(jié)點進(jìn)行交互,需從網(wǎng)絡(luò)中尋找和遍歷可信度最高的節(jié)點來組成一條路徑,進(jìn) 行數(shù)據(jù)傳輸;運條路徑就被稱作信任路徑;其值被定義為單跳信任值的最大值,其計算公式 為:
其中,搞別:表示單位時間內(nèi)路徑P上的單跳信任值的最大值; 11?:表示節(jié)點的單跳信任值; 義';.友>:表示路徑P上的兩個相鄰節(jié)點; 心咬:表示&是&的下一跳節(jié)點; 步驟二:最優(yōu)路徑的選擇,引入了源節(jié)點到目的節(jié)點路徑中的跳數(shù)篤&4巧,來捜索無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)中的最優(yōu)路徑,其計算公式為:
其中,.轉(zhuǎn)W :表示源節(jié)點到目的節(jié)點路徑中跳數(shù)的最小值; 巧?;,飼I:表示源節(jié)點到目的節(jié)點路徑中的跳數(shù)。
[0006] 報文轉(zhuǎn)發(fā)率巧據(jù)是指無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點對單位時間內(nèi)接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行 成功轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)量(NfDrward)與單位時間內(nèi)接收到數(shù)據(jù)包總量(NtDtal)的比值;即:
[0007] 本發(fā)明的有益效果是: 本發(fā)明提出一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信任值計算方法,該方法該方法是W化geRank算法 為依托,引入了報文轉(zhuǎn)發(fā)率作為參數(shù)闊值來確保信任值的客觀有效性;本發(fā)明能夠利用 化geRank算法計算得到無線傳感器中各個節(jié)點的信任值;可W確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點 間通信的信任路徑;本發(fā)明方法計算代價低,功耗小;可W有效地增強網(wǎng)絡(luò)的安全性,提高 網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量,降低網(wǎng)絡(luò)通信代價。
【附圖說明】
[000引圖1為本發(fā)明實施例計算方法的流程圖; 圖2為本發(fā)明實施例網(wǎng)絡(luò)節(jié)點拓?fù)涫疽鈭D。
【具體實施方式】
[0009] W下結(jié)合附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施例做進(jìn)一步說明: 如圖1所示,一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信任值計算方法,包括如下步驟: 步驟SlOl:無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點交互概率矩陣的建立,根據(jù)化geRank算法將無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的交互關(guān)系轉(zhuǎn)換為各節(jié)點交互概率矩陣; 步驟S102:確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的概率分布向量收斂值,初始狀態(tài)下,某個節(jié)點 與網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點交互的概率除其本身為零值外都是相等的,可建立初始狀態(tài)下節(jié)點交 互概率的列向量,該列向量去右乘交互概率矩陣,就得到了第一次交互后的概率分布向量, 再用第一次交互后的概率分布向量繼續(xù)去右乘交互概率矩陣,就得到了第二次交互后的概 率分布向量,多次迭代后的概率分布向量會收斂,可獲得節(jié)點的概率分布向量收斂值; 步驟S103:無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的信任值計算,引入報文轉(zhuǎn)發(fā)率和權(quán)重系數(shù)與概率 分布向量收斂值綜合計算節(jié)點的信任值; 所述步驟=中節(jié)點的信任值通過如下公式計算:
其中,巧:表示節(jié)點j的信任值; 巧:表示節(jié)點j的概率分布向量收斂值; 表示節(jié)點j的報文轉(zhuǎn)發(fā)率; 傑:表示權(quán)重系數(shù),取值在O~1之間; 利用信任值進(jìn)行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)路徑選擇: 步驟一:確認(rèn)單跳信任值的最大值,在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,某一時刻如果某個節(jié)點經(jīng)過 多跳與目的節(jié)點進(jìn)行交互,需從網(wǎng)絡(luò)中尋找和遍歷可信度最高的節(jié)點來組成一條路徑,進(jìn) 行數(shù)據(jù)傳輸;運條路徑就被稱作信任路徑;其值被定義為單跳信任值的最大值,其計算公式 為:
其中,彩姆:表示單位時間內(nèi)路徑P上的單跳信任值的最大值; :表示節(jié)點的單跳信任值; A;、、也、:表示路徑P上的兩個相鄰節(jié)點; 哀表示藍(lán)是嚴(yán)/的下一跳節(jié)點; 步驟二:最優(yōu)路徑的選擇,引入了源節(jié)點到目的節(jié)點路徑中的跳數(shù)巧y:。狩!,來捜索無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)中的最優(yōu)路徑,其計算公式為:
其中,.巧W :表示源節(jié)點到目的節(jié)點路徑中跳數(shù)的最小值; 巧?雄)!:表示源節(jié)點到目的節(jié)點路徑中的跳數(shù)。
[0010]如圖2所示,可W將網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點A、B、C、D、E、F交互關(guān)系看做有向圖,如果當(dāng)前節(jié)點 是B,由于節(jié)點B存在2條出鏈,分別指向節(jié)點A和節(jié)點C,所WB節(jié)點和A、C、D、E、F五個節(jié)點進(jìn) 行交互的概率依次為1/2、1/2、0、0、0;即如果網(wǎng)絡(luò)中某節(jié)點有a條出鏈,那么該節(jié)點和 網(wǎng)絡(luò)中通過出鏈相連節(jié)點間進(jìn)行交互的概率是1/a,和其他節(jié)點交互的概率均為0;據(jù)此,將 網(wǎng)絡(luò)的有向圖轉(zhuǎn)化為節(jié)點的交互概率矩陣M,如果用n表示網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的總數(shù),則節(jié)點的交 互概率矩陣M就是一個n*n的方陣;如果節(jié)點j有a條出鏈,那么對每條出鏈指向的節(jié)點i,有M
[i][j]=l/a,其他值均為0; 可將圖2的無線觸感器網(wǎng)絡(luò)圖轉(zhuǎn)化為節(jié)點B的交互概率矩陣M:
初始狀態(tài)下,對于有n個節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)而言,某個節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點交 互的概率都是相等的,即交互概率為l/(n-l ),于是交互概率分布就是除自身值為O,其他所 有值都為l/(n-l)的n維列向量V0,用VO去右乘交互概率矩陣M,就得到了第一次交互后的概 率分布向量VI:
得到Vl后,再用Vl去右乘M得到V2,多次迭代后的概率分布向量會收斂,記作V;V表示網(wǎng) 絡(luò)中各節(jié)點的交互概率;上式的迭代計算結(jié)果為:V=[ 10/43,2/43,17/86,11/43,19/86,2/ 43]。
[0011] 考慮到網(wǎng)絡(luò)中信息傳輸?shù)陌踩訵及節(jié)點行為的不確定性,引入了報文轉(zhuǎn)發(fā)率來 綜合計算節(jié)點的信任值; 報文轉(zhuǎn)發(fā)率(Packet化rwarding Ratio,PFR)是指無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點對單位時間 內(nèi)接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行成功轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)量Nfnrward與單位時間內(nèi)接收到數(shù)據(jù)包總量NtDtal的比 值;即: 仕t i町刻,BT巧j
稱甄巧,A、UU、E、F五個節(jié)點的報文轉(zhuǎn)發(fā)率分別為:789/815,5551 / 5915,717/785,1893/2361,6696/7115。
[0012] 根據(jù)信任值計算公式,在網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定的狀態(tài)下,最終計算得到A、C、D、E、F各節(jié)點的信 任值分別為:467/693(0.6739) ,323/503(0.6421) ,3242/4985(0.6504) ,1595/2801 (0.5694),781/1339 (0.5833)。
[0013] 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,某一時刻如果某個節(jié)點經(jīng)過多跳與目的節(jié)點進(jìn)行交互,需 從網(wǎng)絡(luò)中尋找和遍歷可信度最高的節(jié)點來組成一條路徑,進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸;運條路徑就被稱 作信任路徑;其值被定義為單跳信任值的最大值; 為了節(jié)省資源,降低網(wǎng)絡(luò)開銷,考慮到信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性和完整性,引入了源節(jié)點到目 的節(jié)點路徑中的跳數(shù)L[化(t)],來捜索無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的最優(yōu)路徑。
[0014] 從節(jié)點B到節(jié)點E有四條路徑,結(jié)合信任路徑的計算公式可得:路徑(B^A^E)是一 條最可信且最優(yōu)的路徑,而路徑(B^C^D^E)相對來說是比較可信的路徑,可W作為備用 路徑;由于節(jié)點A的下一跳中有直接與節(jié)點E交互的路徑,所W路徑(B^A^F^E)和(B^A^ D^E)無疑增加了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的開銷,所W可W舍棄。
[0015] 針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全問題,本發(fā)明提出一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信任值計算 方法,該方法設(shè)及了節(jié)點信任值的計算方法,并可根據(jù)信任值確定節(jié)點間通信的信任路徑。
[0016] 最后應(yīng)說明的是:W上所述僅為發(fā)明的優(yōu)選實施例而已,并不用于限制發(fā)明,盡管 參照前述實施例對發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明,對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說,其依然可W對前 述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改,或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在發(fā) 明的精神和原則之內(nèi),所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在發(fā)明的保護(hù)范圍之 內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信任值計算方法,其特征在于,包括如下步驟: 步驟一:無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點交互概率矩陣的建立,根據(jù)化geRank算法將無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的交互關(guān)系轉(zhuǎn)換為各節(jié)點交互概率矩陣; 步驟二:確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的概率分布向量收斂值,初始狀態(tài)下,某個節(jié)點與 網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點交互的概率除其本身為零值外都是相等的,可建立初始狀態(tài)下節(jié)點交互 概率的列向量,該列向量去右乘交互概率矩陣,就得到了第一次交互后的概率分布向量,再 用第一次交互后的概率分布向量繼續(xù)去右乘交互概率矩陣,就得到了第二次交互后的概率 分布向量,多次迭代后的概率分布向量會收斂,可獲得節(jié)點的概率分布向量收斂值; 步驟Ξ:無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的信任值計算,引入報文轉(zhuǎn)發(fā)率和權(quán)重系數(shù)與概率分 布向量收斂值綜合計算節(jié)點的信任值。2. 如權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信任值計算方法,其特征在于,所述步驟 Ξ中節(jié)點的信任值通過如下公式計算:其中,巧:表示節(jié)點j的信任值; 巧:表示節(jié)點j的概率分布向量收斂值; 擾:表示節(jié)點j的報文轉(zhuǎn)發(fā)率; 煤:表示權(quán)重系數(shù),取值在0~1之間。3. 如權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信任值計算方法,其特征在于,利用信任 值進(jìn)行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)路徑選擇: 步驟一:確認(rèn)單跳信任值的最大值,在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,某一時刻如果某個節(jié)點經(jīng)過 多跳與目的節(jié)點進(jìn)行交互,需從網(wǎng)絡(luò)中尋找和遍歷可信度最高的節(jié)點來組成一條路徑,進(jìn) 行數(shù)據(jù)傳輸;運條路徑就被稱作信任路徑;其值被定義為單跳信任值的最大值,其計算公式 為·其中,村'rt :表示單位時間內(nèi)路徑P上的單跳信任值的最大值; 1私/:表示節(jié)點的單跳信任值; :表示路徑P上的兩個相鄰節(jié)點; A:,取':表示Α·\是&的下一跳節(jié)點; 步驟二:最優(yōu)路徑的選擇,引入了源節(jié)點到目的節(jié)點路徑中的跳數(shù)η心氣來捜索無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)中的最優(yōu)路徑,其計算公式為:其中,巧:表示源節(jié)點到目的節(jié)點路徑中跳數(shù)的最小值; /47>軒)]:表示源節(jié)點到目的節(jié)點路徑中的固段義。
【文檔編號】H04W12/00GK105979507SQ201610297561
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月6日
【發(fā)明人】宋曉宇, 邱澤陽, 陳沾衡, 孫向陽, 張琪, 楊婧
【申請人】蘭州交通大學(xué), 宋曉宇, 邱澤陽
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