一种基于拓扑快速校验的物联网安全路由方法
【技术领域】
[0001] 本发明属物联网技术领域，具体涉及一种基于拓扑快速校验的物联网安全路由方 法。
【背景技术】
[0002] 物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的 普通物理对象实现互联互通的网络，其互联互通的核心技术大多基于标准、可互操作且具 有自配置功能的通信协议。目前，出于安全因素考虑，家庭、办公室、工厂等环境大多采用自 治的感知子网。
[0003] 随着智能终端、移动设备等感知节点在物联网中的广泛应用，感知子网间为降低 成本和增加接入面积，不同服务提供商部署的感知节点可互相连接，通过感知节点之间的 相互合作进行数据交换和中继，这样就构成了若干个ad hoc网络。这些ad hoc网络之间 除了合作之外，也存在竞争，一方面出于终端数据隐私保护和服务安全的原因，某些应用数 据不能经过未知或特定机构的中继节点，否则会造成隐私泄露；另一方面，无线感知节点存 在能量、处理能力和带宽的限制，不会无条件转发所有数据包，所以在感知环境中的数据路 由具有策略性。物联网的感知层融合了多种类型的网络，且通信设备往往事先部署且无专 人监控，因此，面对物联网感知环境的高度开放性和异构性，只使用终端层面的隐私保护并 不能完全保证终端数据隐私和安全，敏感数据在传输过程中极有可能被恶意机构获得。为 了保证应用数据在路由传输中也是安全的，如何对这些设备进行快速自适应的路由配置， 在异构互联的网络之上进行安全有效地传输成为了亟待解决的问题。
【发明内容】
[0004] 针对以上问题，本发明提供一种基于拓扑快速校验的物联网安全路由方法，该方 法适用于物联网中的安全路由，可对网络信息进行快速采集与处理。
[0005] 本发明的技术方案如下：
[0006] 一种基于拓扑快速校验的物联网安全路由方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤一：初始化节点路由策略，感知节点定义自身路由策略，
[0008] 其中，所述的策略包括两类策略：一类是转发策略，即标识选择性地转发某些类型 的数据包，另一类是源策略，即定义自身的数据包不能或只能通过哪些感知节点进行路由。
[0009] 步骤二：建立簇结构拓扑：优先选取转发策略较宽松的节点作为簇中心节点hub， 这些节点将整个区域分割为若干簇，设置簇内半径 r为一个较小值，以提高簇内局部集聚 系数，同时簇中心节点hub间物理跳数小于一个设定值，建立簇结构拓扑。
[0010] 步骤三：簇间互联：簇中心节点hub通过proactive的方法共享彼此状态，实现簇 间互联。
[0011] proactive的方法的说明：每个簇中心节点维护一张包含到达其它簇中心节点的 路由信息的路由表，该路由表可以准确地反映簇结构拓扑。当簇中心节点检测到簇结构拓 扑结构发生变化时，节点在簇网络中发送更新消息，收到更新消息的节点将更新自己的路 由表，以维护一致的、及时的、准确的路由信息。在簇结构中，源节点一旦要发送报文，可以 立即获得到达目的节点的路由。因此这种路由协议的时延较小。
[0012] 步骤四：簇内路由：在目的节点所在簇内进行小范围的路由发现，使用带标签的 AODV协议将数据包发送给目的节点。
[0013] 进一步的，在步骤二中还包括构造中心节点的方法，该方法包括以下步骤：
[0014] 步骤A :在第一个信标周期内，节点Ri广播自己的转发策略S (Ri)，邻居节点将其 缓存，完成邻居转发策略更新。
[0015] 步骤B :在第二个信标周期内，节点Ri获得前一周期内邻居节点I的转发策略，并 选出若干个可能成为簇中心节点hub的节点作为候选节点，完成候选节点的传播。
[0016] 步骤C :在第三个信标周期内，节点Ri收到邻居节点Rj的候选节点Cd(Rj)及其最 大允许特征集数|T(Rp I后，添加到缓存中；然后比较缓存中候选节点的最大允许特征值， 迭代更新候选节点，在下个信标周期继续发送。
[0017] 步骤D :重复此过程，在oh个信标周期内，节点可收集到oh跳内所有候选节点，从 中选出具有最大允许特征值的节点作为中心节点。
[0018] 步骤E :中心节点Ri生成后，会在其beacon中附带自己为中心节点的信息，在下 一个信标周期内发送。那么，在oh个信标周期后，oh跳内的节点就获知中心节点，并知道 自己处于该簇，而没有收到该信标消息的其他节点自然就在该簇外。
[0019] Oh个信标周期说明：定义每一次广播的时间间隔为一个信标周期，预先设置簇规 模为〇h，则簇中心节点广播消息到达簇边界节点的时间间隔为Oh个信标周期。
[0020] oh跳说明：簇中心节点与边界节点间的跳数为oh。
[0021] 本发明的有益效果是：本发明利用中心节点中继数据包，能维持较高的路由成功 率，同时，簇中心节点hub通过proactive的方法共享彼此状态，实现簇间互联，这些高连通 的节点之间的路由开销远小于整个路径上的reactive路由开销，从而减少了路由发现开 销，降低了路由时间，提高了路由效率，适用于较大规模且较稳定的网络环境。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明中基于簇结构拓扑的路由机制示意图
[0023] 图2为本发明中簇结构拓扑生成算法的流程图
[0024] 图3为本发明中构造中心节点选择算法的流程图
[0025] 图4为本发明中簇间路由算法流程图
[0026] 图5为本发明中簇内路由算法流程图
【具体实施方式】
[0027] 为了便于理解本发明，以下结合说明书附图对本发明作进一步说明。
[0028] 假设机构IO1, 02,. . .，OJ在区域R内部署了若干感知节点（R1, R2,. . .，RJ，感知节 点装有RFID和WIFI设备，分布随机且均匀。地理临近的感知节点彼此相连，在局部区域组 成ad hoc网络。感知节点可将与终端交互的数据通过感知网络中继，最终传输到上层服务， 参见图1。基于拓扑快速校验的物联网安全路由方法包括以下四个步骤，参见图2 :
[0029] 1)每个机构Oi和给定的应用Aj也有预置的转发策略，感知节点继承机构相应策 略的同时，也将给定应用的策略转换为自身的策略。从而，每个感知节点R维护一个策略列 表S，如表1所示，其中第一项表示如果节点收到带特征Tl和T3或T4和非T5的数据包，它 立刻丢弃。当一个机构01不希望自己的数据包被机构02的设施转发，那么它会在其节点 初始化时配置（Packet, org = 01，next = 02) - drop，并在运行时广播，这样当其他节点收 到机构为01的数据包时，就不会转发到机构02的设施。
[0030] 表1.节点策略表
[0031]
[0032]
【主权项】
1. 一种基于拓扑快速校验的物联网安全路由方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一：初始化节点路由策略，感知节点定义自身路由策略； 步骤二：建立簇结构拓扑：优先选取转发策略宽松的节点作为簇中心节点hub，这些节 点将整个区域分割为若干簇，设置簇内半径r及簇中心节点hub间的物理跳数，建立簇结构 拓扑； 步骤三：簇间互联：簇中心节点hub通过proactive的方法共享彼此状态，实现簇间互 联； 步骤四：簇内路由：在目的节点所在簇内进行路由发现，使用带标签的A0DV协议将数 据包发送给目的节点。
2. 根据权利要求1所述的一种基于拓扑快速校验的物联网安全路由方法，其特征在 于，所述的步骤一中的策略包括两类策略：一类是转发策略，标识选择性地转发数据包；一 类是源策略，定义自身的数据包不能或只能通过感知节点进行路由。
3. 根据权利要求1所述的一种基于拓扑快速校验的物联网安全路由方法，其特征在 于，所述的步骤二中还包括构造中心节点的方法。
4. 根据权利要求3所述的一种基于拓扑快速校验的物联网安全路由方法，其特征在 于，所述的构造中心节点的方法包括以下步骤： 步骤A :在第一个信标周期内，节点氏广播自己的转发策略S (Ri)，邻居节点将其缓存， 完成邻居转发策略更新； 步骤B :在第二个信标周期内，节点氏获得前一周期内邻居节点的转发策略，选出能成 为簇中心节点的节点作为候选节点，完成候选节点的传播； 步骤C :在第三个信标周期内，节点氏收到邻居节点R」的候选节点cd(R及其最大允 许特征集数|T(Rp |后，添加到缓存中；然后比较缓存中候选节点的最大允许特征值，迭代 更新候选节点，在下个信标周期继续发送； 步骤D :重复此过程，在oh个信标周期内，节点收集到oh跳内所有候选节点，从中选出 具有最大允许特征值的节点作为中心节点； 步骤E :生成中心节点Ri，在其beacon中附带自己为中心节点的信息，在下一个信标周 期内发送，在oh个信标周期后，oh跳内的节点获知中心节点Ri，并知道自己处于该簇，而没 有收到该信标消息的其他节点在该簇外。
【专利摘要】本发明公开一种基于拓扑快速校验的物联网安全路由方法，包括初始化节点路由策略，感知节点定义自身路由策略、建立簇结构拓扑、簇间互联、目的节点。所述的策略包括源策略和转发策略，优先选取转发策略宽松的节点作为簇中心节，通过proactive的方法共享彼此状态，实现簇间互联，使用带标签的AODV协议将数据包发送给目的节点。利用中心节点中继数据包，能维持较高的路由成功率，同时，高连通的节点间的路由开销远小于整个路径上的reactive路由开销，从而减少了路由发现开销，提高了路由效率，适用于较大规模且较稳定的网络环境。
【IPC分类】H04W40-02
【公开号】CN104581863
【申请号】CN201510062330
【发明人】孙燕, 殷丽华, 段文良, 刘耀
【申请人】北京哈工大计算机网络与信息安全技术研究中心, 湖南合天智汇信息技术有限公司, 湖南傻蛋科技有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年2月5日