[发明专利]一种基于模糊逻辑的无线传感器网络信任评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络信任管理技术领域，特别是无线传感器网络中的信任评估， 一种基于模糊逻辑的无线传感器网络信任评估方法。

背景技术

无线传感器网络集传感器技术、微机电系统技术、嵌入式计算技术、无线通信技术和分 布式信息处理技术于一体，利用大量部署在监测区域内的传感器节点，采集网络覆盖范围内 的感知信息，通过多跳的无线通信方式，将收集、处理后的信息提供给终端用户。无线传感 器网络不需要固定的网络支持，具有快速展开、抗毁性强等特点，被广泛应用于军事侦察、 环境监测、工业控制、医疗监护等多个领域。

无线传感器网络常常被应用于战场侦查或安全监控，部署在缺乏基本维护的环境下。传 感器节点极易被敌人俘获，并被改造成为恶意节点对网络实施攻击和破坏。传统的无线传感 器网络安全机制依赖于密钥体系，由于被俘节点掌握有效的网络安全密钥，密钥安全机制无 法解决其引起的内部安全问题。而信任管理系统不依赖于网络密钥，能通过观察节点的行为 和特征，评估节点的可信程度，并藉此查找恶意节点和调整网络安全措施的实施，有效弥补 了密钥安全机制的不足。信任评估是信任管理的核心和关键，决定了整个信任管理系统的有 效性。

现有的无线传感器网络信任评估方法大致可分为三类：①基于古典概型的信任评估。该 类方法通过观察节点的各种网络行为来统计相应的信任因子，并将所有信任因子的加权平均 值作为节点的信任值。如，Crosby等人提出统计节点的发包率、转发率和数据包完整率等信 任因子，通过加权平均得到节点信任值；②基于贝叶斯原理的信任评估。这类方法先主观假 设节点信任的先验分布，利用节点网络行为好坏的统计对节点信任的后验分布进行贝叶斯推 理，并将所得后验分布的数学期望作为节点信任值。如，Ganeriwal等人提出的RFSN信任评 估框架；③基于经验的信任评估。这类方法根据节点网络行为表现的统计，利用一定的经验 公式计算节点的信任值。如，Hur等人通过分析节点监测数据的真实性计算节点的信任值。 这三类方法利用简单的统计方法实现了对节点信任的不确定性分析，满足了传感器节点的轻 量级要求，但将信任的不确定性完全等同于随机性，忽略了主观模糊性，影响了信任评估的 准确性。此外，在基于古典概型的信任评估中，信任因子的加权平均最终使得信任管理对攻 击形式单一的恶意节点灵敏度较低，并且其信任因子计算权重也很难确定；在基于贝叶斯原 理的信任评估方法中，先验分布的主观假设加重了信任的不确定性，对节点网络行为单纯的 好坏分类最终也使得信任管理对攻击形式单一的恶意节点灵敏度较低；基于经验的信任评估 方法仅考察节点的单一信任因子，具有片面性，通用性差。

针对科学研究中，受人类主观认知能力限制而产生的模糊现象，美国控制论专家Zadeh 早在1965年提出了模糊集理论，他准确地阐述了模糊性的含义，制定了划分模糊性的数学 方法(隶属度、隶属函数、模糊子集等)，为模糊理论的发展了必要的基础。模糊理论引起了众 多领域的专家学者关注，发展非常迅速，衍生出了模糊推理、模糊控制、模糊统计等一系列 新兴学科。模糊集理论和模糊推理方法分别为主观信任的表达和处理提供了强有力的工具。 在无线传感器网络的信任评估中使用模糊理论，可以准确表达信任的主观模糊性，模拟信任 推理的主观认知过程，同时解决节点信任的随机性和主观不确定性问题，提高信任评估的准 确性、通用性和灵敏度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于模糊逻辑的无线传感器网络信任评估方法，解决现有信任 评估方法存在的上述问题，实现无线传感器网络中主观信任的准确评估。

本发明一种基于模糊逻辑的无线传感器网络信任评估方法，采用分布式算法，要求网络 中相邻节点相互进行信任的评估，评估的主体称为评估节点，客体称为被评估节点；

本发明所述的该评估方法，对节点的信任值采用可信度和信任向量两种表示形式，具体 定义为：

设节点j是节点i的邻居节点，节点i对节点j进行信任评估；其中，i和j代表网络中节 点的ID，为自然数；

可信度t：评估节点i对被评估节点j的可信度用t_ij表示，取值区间为[0，1]，t_ij值越大， 评估节点i对被评估节点j的信任程度越高；