[发明专利]无线传感器簇形网络中基于时空关联的离群数据检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器簇形网络安全领域，具体涉及一种基于时空关联的离群数据检测方法。

背景技术

在无线传感器簇形网络中，攻击者可以伪装成合法节点向簇头发送虚假数据，干扰整个网络的数据，因此对簇内节点采集的数据做离群数据检测是必须的。与传统网络不同，无线传感器网络节点的能量、存储能力和计算能力等资源非常有限，所以传统网络的离群数据检测方法不能完全应用到无线传感器网络中。

近年来，无线传感器网络中离群数据检测方法很多，如：第一，利用直方图来检测传感网络中的全局离群数据，这种方法利用直方图描述网络中数据的分布，剔除网络中的正常数据，避免原始数据的传输，减少了网络中的通信量。这种方法虽然可以有效的检测出离群数据，但该方法仅考虑一维数据，不适用于高维数据；第二，利用核密度函数来检测传感器网络中的离群数据，并将离群数据逐层上传进行全局离群数据检测，直至基站。虽然这种方法的内存消耗和网络通信量都比较低，但它没有考虑数据的空间关联性，降低了检测的精度；第三，在簇形网络中利用局部离群系数进行传感器网络中离群数据的检测。这种方法仅考虑了相邻节点之间数据的空间关联性，没有考虑节点采集到的数据在时间上的关联性以及簇形网络结构中相邻簇在空间上的关联性，降低了检测的精度。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种无线传感器簇形网络中基于时空关联的离群数据检测方法。

技术方案：本发明的一种无线传感器簇形网络中基于时空关联的离群数据检测方法，具体包括以下步骤：

1)簇内节点利用滑动窗口采集数据，然后根据采集数据之间的时间关联性进行离群数据检测，并丢弃检测到的离群数，最后，簇内节点计算合法数据的平均值，并将该平均值作为最终的采集数据发送给簇内邻居节点和簇头节点；

2)簇内节点收集簇内邻居发送的采集数据，然后利用簇内节点的空间关联性判断簇内邻居节点采集的数据是否为离群数据，最后，将判决结果发送给簇头节点；

3)簇头节点收集簇内节点发送的采集数据以及判决结果，并利用投票机制判断采集数据可能为离群数据的节点，然后将该节点的采集数据发送给邻居簇头，邻居簇头返回对该采集数据的判定结果，最后，簇头节点根据邻居簇头返回的判定结果剔除离群数据，并将正常数据融合后发送给基站。

进一步的，所述步骤1)的具体步骤如下：

(11)簇内节点内一个窗口期间隔W中，每隔△时间采集一次数据，采集到的数据平均值为x_i，簇内节点对x_i进行归一化处理，得到归一化处理后的数据x′_i，归一化处理的计算公式为：

其中，x′_i为x_i归一化处理后的数据，x_i表示节点采集到的数据平均值，x_max表示当前采集到的最大值，x_min表示在当前采集到的最小值；

(12)簇内节点计算x′_i与其他正常数据之间的距离dist(x′_i)，dist(x′_i)的计算公式为：

其中，d表示数据的维数，μ_i-1,k表示采集到的前i-1个数据中正常数据的平均值；

(13)判断dist(x'_i)与dist_Threadhold的大小关系，dist_Threadhold是预设的欧式距离阈值，如果dist(x′_i)≤dist_Threshold，说明x_i为正常数据，则判断x_i与x_max、x_min的大小关系，如若x_i≤x_min，则x_i＝x_min，若x_i≥x_max，则x_i＝x_max，转至步骤(14)；如果dist(x′_i)>dist_Threshold，说明x_i为离群数据，则丢弃x_i，转到步骤(11)；