[发明专利]基于自适应信任机制的无线传感器网络安全路由方法

权利要求书

1.一种基于信任值的无线传感器网络安全路由方法，其特征在于：包括节点计算信任值，sink决策和路由建立与维护三个阶段；信任值计算包括直接信任值、间接信任值、挥发因子计算和能量信任值计算，最终对其进行加权平均计算综合信任值；sink决策包括sink计算链路质量，传输距离和最优路径；路由建立与维护包括sink根据最优路径值去选择数据传输的路径，并且对其进行更新与维护，具体内容如下：

(1)所述的一种基于信任值的无线传感器网络安全路由方法，其特征在于：节点i对节点j的直接信任值如下：

其中前者代表历史信任值，后者代表当前信任值，γ和(1-γ)(0＜γ＜1)分别是历史信任值和当前信任值的权重；R_t和S_t分别是发送和接收的数据包数与数据包总数的比值，可以表示为：

此外，定义了挥发因子ω₁和ω₂，以快速排除从具有高信任值的正常节点转变而来的恶意节点，从而尽快降低先前的高信任值，其表示为：

其中T是网络的当前时间，τ是时间阈值，c₁和c₂都是用来调整信任值变化速度的常数；此外，引入mod(T,τ)以保证历史信任值不太小，并使挥发因子在一定范围内周期性衰减；节点i对节点j的间接信任值是由其公共邻居节点提供的直接信任值计算而来，节点i对节点j的间接信任值入下：

其中，是节点i对u的直接信任值，是节点u对j的直接信任值，u是i和j的可信公共邻居节点，并且，如果节点i对u的信任值小于阈值Th^now，则将节点u定义为不可信节点且将其排除网络之外；此外，Th^now的值设置为0.35；

只有当节点j的剩余能量RE_j大于阈值E_th时，节点j才能参与TSPR的操作，节点i对节点j的能量信任值为：

考虑到安全性和能耗，节点i对节点j的综合信任值公式如下：

其中，η₁，η₂和η₃分别是满足的直接信任值、间接信任值和能量信任值的权重，并且满足η₁+η₂+η₃＝1，本发明的η₁，η₂和η₃的值分别为0.34、0.4和0.26；

(2)所述的一种基于信任值的无线传感器网络安全路由方法，其特征在于：链路质量描述为：

其中dis是链路的传输距离，其公式如下：

从公式(9)可以看出，如果存在虫洞攻击，两个恶意节点之间的距离会很长，这必然会产生较大的dis值，从而降低链路质量，将恶意节点排除在链路之外；

此外，考虑到链路的延迟,本发明定义了一个最优路径值PV，如下：

其中jump是链路中的跳数，λ和1-λ分别是链路质量和链路延迟的权重系数，将链路的PV值从大到小排序，建立路由表，选择最大值作为路由；

(3)所述的一种基于信任值的无线传感器网络安全路由方法，其特征在于：路由建立和路由维护是AODV路由的一个改进，它扩展了AODV路由的请求帧(RREQ)和路由应答帧(RREP)，在本发明的RREQ中加入节点ID、综合信任值、剩余能量和跳数，RREP加入了节点的路由表和中继节点的剩余能量；

详细的路由建立过程如下：

1、源节点i通过向其综合信任值高于阈值的邻居广播RREQ来启动路由建立过程，每个邻居节点接收到RREQ后，检查其与sink的距离是否小于节点i与sink之间的距离；如果是，进行第二步；否则，丢弃RREQ；

2、接收到RREQ的邻居节点检查其剩余能量是否低于预设阈值E_th，如果是，则丢弃RREQ，否则跳到步骤3；

3、邻居节点将其ID、综合信任值、剩余能量和跳数jump＝jump+1添加到RREQ并广播RREQ；

4、接收到RREQ的节点检查其到sink的距离和剩余能量，如步骤1和2，不符合要求的节点丢弃RREQ；此外，每个接收到RREQ的节点检查其每个接收到的RREQ，如果源ID相同，则只广播距离最短、跳数最小的RREQ以避免路由循环，直到sink接收到RREQ为止；

5、sink可以接收一个或多个RREQ，然后通过公式(11)计算每个路径的PV，并将它们从最大到最小排序，这些排序存储在列表中PV_list；从PV_list中选择最大的PV值作为第一条路径，sink沿着该路径反向发送RREP，直到源节点i；

6、中间节点在转发RREP过程中，从中读取邻居节点的剩余能量并且更新能量信任值，一旦中继节点的综合信任值或剩余能量低于阈值，节点沿着路径向sink发送RERR以通知其不可靠性，因此sink从PV_list中选择第二大的PV值作为路径再次发送RREP，直到找到最可信的路由路径；

7、在接收到RREP后，源节点i沿着该路径发送数据，并且该路径上的节点和周围的节点在一定周期T_t内更新其综合信任值；

路由维护如下：

在数据传输期间，一旦路径中任何节点的综合信任值或剩余能量低于阈值时，则先前的路径将不再可信，然后开始路由维护阶段；不可信节点的上一跳节点沿着反向路由将RERR发送到源节点i，一旦源节点接收到RERR，它将再次运行路由建立，从步骤1重新开始。