专利名称：一种基于信任控制的低功耗传输方法
技术领域：
本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种基于信任控制的低功耗传输方法。
背景技术：
随着信息科技的飞速发展，综合了传感器技术、信息处理技术和网络通信技术的 ffSN(ffireless Sensor Network，无线传感器网络)应运而生，WSN因其部署快速、使用灵活、监测精准、价格低廉、通信安全等特点，使得在军事领域、工业监控、环境观测与预报、医疗护理、智能家居、交通运输等方面具有非常广阔的应用前景。所述WSN由大量的、具有通信与计算能力的密集布设在监控区域的传感器节点构成，能够自主完成指定任务。
图1是无线传感器网络的体系结构图，如图1所示，在监测区域内，无线传感器网络中的传感器节点根据用户管理节点的需要采集数据，并将采集到的数据通过汇聚节点传递至用户管理节点ο我国关于无线传感器网络的研究走在了世界的前列，一些企业、各研究单位和高校纷纷加入了 WSN研究的行列，致力于研究无线通信协议栈、同步和定位中间件、网络管理以及网络节点的设计等。但是随着WSN的广泛普及，在某些特殊的应用领域(比如军事领域中，敌控区域的部署态势、战场环境数据的收集等)，保障信息数据安全可靠的传输成为亟待解决的问题。由于WSN的传输协议大多与应用相关，其设计仅仅针对某一类或者几类具体的攻击，不存在一个协议能够应用于所有的领域、抵抗来自所有协议层的攻击。比如 TinyOS信标协议容易受到伪造路由信息、选择性转发、Sinkhole, Sybil、Wormholes、Flood 攻击；Flood协议存在着消息的“内爆”(implosion)和“重叠”(overlap)的固有缺陷，在网络规模扩大时，端到端的传输延时偏大；SPIN协议的扩展性差，功耗在所有节点之间分布不均衡；LEACH协议容易受到选择性转发攻击和Flood攻击；定向扩散协议容易受到伪造路由信息、Flood攻击等缺点；GEAR&GPSR是基于位置的路由协议，由于两个协议需要节点间交换能量和位置信息，容易受到选择性转发和Sybil攻击。传感器节点通常使用容量有限、不可更换的电源，节点的计算、通信、存储能力也非常有限，因此，WSN必须节能以最大限度地延长网络生存时间。LEACH (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy，低功耗自适应集群分层性路由算法)是常用的分簇路由算法，节点自组织成不同的簇，每个簇只有一个簇头，并且每个节点轮流担任簇头，簇头节点将簇内所有非簇头节点采集的数据进行融合后将数据发送给汇聚节点，避免簇头能量消耗过快，具有更好的节能性。但是LEACH要求所有簇头节点以单跳的形式直接和汇聚节点通信，这仅适用于规模较小的网络，当规模扩大时，簇头与汇聚节点间的通信距离也随之扩大，单跳的通信方式将给簇头节点带来极大的能量消耗，导致其过快死亡。因此，如何在设计WSN传输协议时，在节省能耗的前提下，实现数据安全、高效、低耗、可信的传输，就成为亟待解决的问题。
发明内容
4
本发明的目的在于提供一种基于信任控制的低功耗传输方法，用于解决WSN数据安全、高效、低耗、可信的传输，使数据传输的安全高效，网络使用寿命延长，网络可信性增强。根据本发明的一个方面，本发明提供的一种基于信任控制的低功耗传输方法，其特征在于，包括A)将节点剩余能量大于阈值的无线传感器网络中的所有节点确定为备选簇头节
点
B)按照簇距离L和备选簇头节点的权重，从所述备选簇头节点中选出用来构成无线传感器网络各簇的簇头节点；C)每个簇头节点根据簇头节点信任值信息和最小通信代价路由信息，将收集的数据发送至目标簇头节点。其中，位于任一备选簇头节点簇距离L之内的邻居备选簇头节均为紧密节点，所述L通过如下公式确定
权利要求
1.一种基于信任控制的低功耗传输方法，其特征在于，包括A)将节点剩余能量大于阈值的无线传感器网络中的所有节点确定为备选簇头节点；B)按照簇距离L和备选簇头节点的权重，从所述备选簇头节点中选出用来构成无线传感器网络各簇的簇头节点；C)每个簇头节点根据簇头节点信任值信息和最小通信代价路由信息，将收集的数据发送至目标簇头节点。
2.根据权利要求1所述的低功耗传输方法，其特征在于，位于任一备选簇头节点簇距离L之内的邻居备选簇头节均为紧密节点，所述L通过如下公式确定其中，所述φ是调整因子，所述M是传感器监测区域的边长，所述K是监测整个区域的簇的数目。
3.根据权利要求2所述的低功耗传输方法，其特征在于，所述步骤B)具体为Bi)每个备选簇头节点生成邻居簇头表，并发送候选声明包和接收邻居备选簇头节点的候选声明包；Β2)每个备选簇头节点通过估算收到的候选声明包的信号强度，确定与邻居备选簇头节点的距离，并将距离小于簇距离L的邻居备选节点确定为紧密节点；Β3)每个备选簇头节点根据紧密节点个数或紧密节点个数和紧密节点的权重，当选为簇头节点或转化为普通节点。
4.根据权利要求3所述的低功耗传输方法，其特征在于，所述步骤Β3)具体为 Β31)没有紧密节点的备选簇头节点自动成为簇头节点Β32)若备选簇头节点具有一个紧密节点，则两者中权重最大的一个成为簇头节点，另一个则通过删除邻居簇头表转化为普通节点；Β33)若备选簇头节点具有两个或多个紧密节点，则所述备选簇头节点及其紧密节点分别将自己的紧密节点中权重最大的节点推举为初选簇头节点，生成并广播关于该初选簇头节点的簇头推举包，自己则通过删除邻居簇头表转化为普通节点；Β34)若收到簇头推举包的备选簇头节点没有紧密节点，则自动升为簇头节点； Β35)若收到簇头推举包的备选簇头节点节点仅有一个紧密节点，则两者中权重最大的一个成为簇头节点，另一个则通过删除邻居簇头表转化为普通节点；Β36)若收到簇头推举包的备选簇头节点具有两个或多个紧密节点时，则重复执行步骤 Β33)至B3Q，直至选出簇头节点。
5.根据权利要求1所述的低功耗传输方法，其特征在于，选出各簇的簇头节点后，各簇头节点广播簇头确立包，普通节点根据收到的簇头确立包的信息强度，加入信息强度最大的簇头所属的簇。
6.根据权利要求1所述的低功耗传输方法，其特征在于，所述步骤C)包括 Cl)簇头节点将普通节点采集的数据进行融合处理，得到去冗余数据；C2)簇头节点作为源簇头节点通过广播其生成的路由发现包，得到目标簇头节点响应的包含最小通信代价路由信息的路由建立包；C3)所述源簇头节点根据所述最小通信代价路由信息，建立最小通信代价的路由，以便将去冗余数据经由该路由传递至目标簇头节点。
7.根据权利要求6所述的低功耗传输方法，其特征在于，所述步骤C2)包括 C21)源簇头节点生成并广播包含目标簇头节点ID信息的路由发现包；C22)收到所述路由发现包的其他簇头节点根据能耗、本节点寿命、信任值计算通信代价信息，并分别将自己的簇头节点ID信息和通信代价信息添加到所述路由发现包后广播， 由此形成分别经由若干个簇头节点广播到目标簇头节点的多个到达路由发现包，其每个含有由所述若干个簇头节点ID构成的路由和路由的通信代价；C23)目标簇头节点通过解析多个所述到达路由发现包，找到通信代价最小的路由，并将包含若干个簇头节点ID的路由添加到所生成的路由建立包中，并进行广播；C24)源簇头节点接收所述路由建立包，按照路由建立包中的路由传送去冗余数据。
8.根据权利要求7所述的低功耗传输方法，其特征在于，收到路由发现包的簇头节点计算的通信代价Cnrat由下式表示 其中，c。ld为簇头节点收到的路由发现包中的通信代价，Gmn=^T，所述emn表示数 据从前一簇头节点m传输到本节点η的能量消耗；:Ε〖表示簇头节点η的剩余能量；T1^1表示簇头节点m对簇头节点η的信任值；α，β是调整因子；源簇头节点的通信代价为零。
9.根据权利要求1所述的低功耗传输方法，其特征在于，所述方法还包括簇头节点信任控制步骤D)，包括Dl)每个簇头节点通过发送信任交互包和接收邻居簇头节点的信任交互包，计算邻居簇头节点的信任值；D2)簇头节点作为举报簇头节点将所述信任值低于信任阈值的邻居簇头节点确定为被举报簇头节点，并将所述被举报簇头节点ID信息放入其生成的包含举报簇头节点ID信息的信任危机举报包中，并进行广播；D3)收到信任危机举报包的簇头节点，根据所述被举报簇头节点ID信息和举报簇头节点ID，生成并广播恶意簇头警告包，使接收所述恶意簇头警告包的簇头节点将恶意簇头节点删除。
10.根据权利要求9所述的低功耗传输方法，其特征在于，所述步骤具体为 D31)簇头节点多次收到同一举报簇头节点举报同一邻居簇头节点的信任危机举报包时，所述簇头节点将所述邻居簇头节点确定为恶意簇头节点；D32)簇头节点收到超过一半的其邻居簇头节点的举报同一被举报簇头节点的信任危机举报包时，所述簇头节点将被举报簇头节点确定为恶意簇头节点；D33)簇头节点生成恶意簇头警告包，将所述恶意簇头节点ID信息放入所述恶意簇头警告包中，并进行广播。
全文摘要
本发明公开了一种基于信任控制的低功耗传输方法，包括将节点剩余能量大于阈值的无线传感器网络中的所有节点确定为备选簇头节点；按照簇距离L和备选簇头节点的权重，从所述备选簇头节点中选出用来构成无线传感器网络各簇的簇头节点；每个簇头节点根据簇头节点信任值信息和最小通信代价路由信息，将收集的数据发送至目标簇头节点。本发明在簇头节点的选举上，以少量的网络开销换来了较高的网络稳定性和均匀性，在数据传输路由的选取方面建立和使用最小通信代价路由，在分布式信任控制方面实现了对恶意节点攻击的防范。
文档编号H04W52/02GK102572991SQ201010619970
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者吴作顺, 张国卿, 徐启建, 杜飞, 蔡志伟 申请人:中国人民解放军总参谋部第六十一研究所