[发明专利]一种安全高效的数据融合方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对网络中传输的数据进行安全、高效求和融合的方法，属于网络信息安全技术领域。

背景技术

在信息高度发达的今天，网络作为信息的载体渗入到了我们生活的方方面面。从最开始的互联网，到后来的物联网、泛在网，网络技术也不断的发展进步着。网络中传递的重要信息的安全问题越来越被人们所重视。目前，已有许多加密技术可以对信息加以保护。但是，这些技术仅仅是针对单个数据包进行加密保护，并且在跳与跳之间常常需要对数据进行“加密-解密”操作，效率低下，缺乏数据融合的考虑。数据融合是指利用计算机对按时序获得的若干观测信息，在一定准则下加以自动分析、综合，以完成所需的决策和评估任务而进行的信息处理。数据融合的结果是数据量的大大减小，数据值更符合决策、分析的需要。数据融合的方法普遍应用在日常生活中，例如要辨别一个事物需要综合各个感官信息，包括视觉、听觉、触觉和嗅觉。单独依赖一个感官信息往往不足以对事物做出准确的判断，而综合多种感官信息，对事物的描述会更准确。常用的数据融合方法有求和、求平均值、求中值等。

网络中数据融合问题最突出的是物联网中的无线传感器网络(Wireless Sen-sor Network，WSN)。无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信的方式形成一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作的感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象以及观察者构成了传感器网络的三要素。无线传感器网络具有大规模性、自组织性、动态性等特性。即传感器节点部署以后，节点之间可以自组织成网络；同时传感器网络组建完毕以后，由于节点的位置、能量、环境的变化，其网络拓扑结构不是固定不变的，而是不断动态变化的。此外，传感器节点还存在以下一些现实约束：

1.电源能量有限，节点部署后很难回收并更换电池。传统的无线网络的首要设计目标是提供高质量的服务和高效带宽利用，其次才考虑节约能源；而传感器网络的首要设计目标是能源的高效利用。

2.通信能力有限。传感器节点的通信范围一般在100m以内。

3.计算能力、存储空间有限。一般处理器频率在10Mb Hz数量级，存储空间在100KB数量级。

因此，数据融合对于无线传感器网络有着特殊的意义。另一方面，无线传感器网络已经在很多领域中得到运用，其中不乏军事国防、公共安全、数据检测、通信等对数据敏感的领域，在这些应用领域中的数据采集，处理和传输，以及节点的分布都必须得到严格的安全保证。如果安全问题无法得到解决，会带来难以想象的灾难性后果。因此，在数据融合过程中必须考虑数据的安全性。

数据融合中，发起数据融合命令和接收融合结果的称之为查询基站，相当于以太网络中的核心交换机、核心路由器、用户管理中心等；参与数据融合的成员称之为节点，相当于以太网络中的一般交换机、一般路由器、传感器节点等。

现在已有的数据融合方法主要是基于三阶段数据传输(即三个阶段都会在网络中产生流量)。方法按如下步骤进行：

步骤一、查询广播。查询基站向整个网络发送一个信息，通知数据融合节点准备开始数据融合；

步骤二、数据融合。数据融合节点对采集的数据正式开始进行数据融合，将数据不断融合上传。最终将数据融合结果发送给查询基站。

步骤三、结果检查。查询基站向整个网络发送结果检查信息以及必要的验证信息，数据融合节点收到信息后，检查融合结果中包含自己采集的信息部分是否有效，并将检查结果发送上传。当查询基站收到网络中所有节点的检查结果后，如果所有的检查结果都是有效的，那么查询基站接受数据融合结果，认为数据融合结果是有效的；否则认为数据融合结果是无效的，丢弃数据融合结果。

上述方法的步骤三中，需要先广播信息，然后再上传信息。这会在网络中产生较多的数据流量，较大的网络延迟。在网络规模扩大以后，这个问题尤其严重。

发明内容

本发明的目的是针对上述数据融合方法存在的不足，提出了一种安全高效的基于两阶段数据传输的数据融合方法。本发明的方法提供比传统方法更多的安全特性，包括数据完整性、机密性、可认证性；在步骤三无需在网络中产生数据流量，整个方案数据流量小，节约网络设备的能量；基于两阶段数据传输，网络延迟小。

本发明的一种安全高效的数据融合方法通过如下技术方案实现。