[发明专利]建立无线传感器网络分层路由协议的信任机制的方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络的通信安全领域，具体地本发明涉及一种建 立无线传感器网络分层路由协议的信任机制的方法，将簇内节点和簇头节点 的各自交互记录转化为自身信任值的安全度量，并将其应用于无限传感器网 络的路由当中。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks)由于其高度的学科交叉性和广 泛的应用前景受到世界各地学术界和工业界的高度关注。无线传感器网络由数 目众多的传感器节点通过多跳无线通信方式组成，她不依赖于基础网络设施。 每个节点在网络中都同时充当了主机和路由器两种角色，目的是协作感知，采 集和处理网络覆盖区域内的感知信息，并对这些数据进行处理，传送到需要的 终端。节点一般采用电池供电，能量极其受限。这种情况下要延长网络寿命就 必须降低节点工作时的能量消耗，试验表明节点能量消耗主要集中在通信模块 上。无线通信中，传输数据所消耗的能量和有效传输半径的2～4次方相关，因 此要减少节点通信消耗，就必须减小节点的传输半径。所以在大范围的无限传 感器网络当中，需要相应的路由协议支持多跳中继手段来传输数据。

由于无线传感器网络采用无线通信方式，信道缺乏必要的保护措施，使得 自身易于被攻击和窃听。而传统的网络安全问题大多基于公钥密码体制，这需 要有中心节点，但是在WSN中节点的地位是平等的，不存在所谓中心节点，所 以传统的网络安全机制无法适应WSN的安全问题。同时由于WSN的节点处理 和存储能力有限，一些好的加密算法也无法在WSN中使用。因此为了保障路由 协议的安全性，如何防止恶意行为对系统的利用和破坏，确保网络的健壮性、 免受恶意行为的攻击，使得节点能够保证可靠的执行路由协议成为一项具有挑 战性的工作。

目前研究表明，分层结构的路由协议更加适合大规模的无限传感器网络。 在该思想下，网络通常划分为簇，每个簇由一个簇头和多个簇成员组成。这些 簇头形成高一级的网络，簇头负责簇内节点的管理，并且完成簇内节点的信息 采集和融合，同时还负责向汇聚节点进行簇间数据转发。尽管分层结构的路由 协议比平面型路由协议有着更高效，节能等优势，但是其设计也存在着一些安 全隐患，容易导致网络出现拥塞，效率降低。

Boukerch et al.于2007年在《Computer Communications》期刊上发表的名 为“Trust-based security for wireless ad hoc and sensor networks”的文章中提出了 一中ATRM的信任机制，这种机制以分布式算法应用于分层路由协议当中。 ATRM假设了一个单独的可信任的中心用来产生可移动的Agent节点，其目的在 于防止单个节点的失效。在这里Agent节点是被认为绝对可信的，在实际应用当 中显得不是十分合理。

Xu MD在2006年于《Proc.of Computational Intelligence and Security(CIS)》 当中发表了一篇“A new hierarchical trusted model for wireless sensor networks” 的文章，对于无限传感器网络分层路由协议提出了一种TSRS的信任管理机制， 这种TSRS采用两种算法计算簇头和簇内节点的信任值。然而这里的簇头节点以 及更高级的节点确实假设拥有更高级的硬件条件，这样的异构网络使得节点间 的通信，尤其是不同种类节点间的通信变得复杂。

Riaz Ahmed Shaikh在2009年于《IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems(SCI)》发表了“Group-based Trust Management Scheme for Clustered Wireless Sensor Networks”一文，提出一种基于分组的信任机制，在不同的分组 中建立成员节点之间和组与组之间的信任关系。但是这种信任机制需要组与组 之间的直接以及间接的信任关系，不能够适应例如树形结构的分层路由，并且 在恶意攻击的识别速率上产生极大的延时。

因此，目前在建立无线传感器网络分层路由协议的信任机制的设计中普遍 存在的问题是：