[发明专利]一个基于灰色关联和距离分析的低功耗安全路由控制方法

说明书

本发明公开了一个基于灰色关联和距离分析的低功耗安全路由控制方法，所要解决的技术问题是现有的无线传感器网络路由协议中信任评估机制需要获取多方面数据，通信能耗较大的问题。本发明根据传感器节点的感知数据具有时空相关性的特点，采用灰色关联分析方法，在网络中动态分簇；簇头节点采用距离向量法和多项式拟合相结合的方式，对簇内节点发送的数据进行分析，判断节点的安全性。该协议避免了信任评估机制中评估节点与被评估节点之间大量的数据传递，在保证网络安全性的同时降低了网络能耗，延长网络生存时间，在传感器网络安全状态未知的场景中也可以很好地应用。

技术领域

本发明设计了一个基于灰色关联和距离分析的低功耗安全路由控制方法，属于无线传感器网络路由协议的研究领域。该协议采用灰色关联分析法将网络划分为若干独立的簇区域，在每个簇区域内，簇头节点根据接收到的簇内节点的数据，结合距离向量法和多项式拟合，筛选恶意节点，最后根据邻居簇头节点的能量密度、位置等信息选取具有最优评价值的路由节点，确定路由路径。

背景技术

安全是无线传感器网络路由协议设计中需要重点关注的性能之一，在无线传感器网络领域有很多学者对此展开了研究。基于信任机制的路由协议是目前提出比较多的协议算法，根据信任值计算方式的不同，这些协议可以分为两类：基于信誉的信任机制和基于本地信任的信任机制。

基于信誉的信任机制为了避免误差和保证评估的客观性，考虑了评估节点的主观因素，以及被评估节点面对不同的评估对象时表现不一的情况，将信任值计算流程划分为三步。第一步是评估节点对被评估节点的直接评估，第二步是被评估节点的邻节点对其进行评估，评估节点计算这些邻节点的信誉值，作为邻节点推荐信任值的可信度。第三步，评估节点结合自身的直接评估以及邻节点的推荐信任，采用权重分析法、模糊理论等数学模型和理论，求得被评估节点的真实信任值。基于信誉的信任评估机制因综合考虑了地理相关和时间相关的各种因素，在安全性方面表现良好，但是在能耗方面表现欠佳。因此在这类路由协议中，除了针对信任值计算方法的研究，如何有效地降低能耗也是一个亟待解决的问题。

为了减少基于信誉的信任机制中推荐信任计算过程中节点之间频繁的信息传送，基于本地信任的信任机制从根源避免能量的消耗，仅仅根据自身对被评估节点的历史通信行为和交互情况的观察，计算节点的信任值。因为减少了邻居节点的推荐，本地信任评估的客观和准确性需要得到保证。目前提出的协议研究了采用不同的数学模型如简单的公式法、贝叶斯网络模型、模糊理论等对节点交互行为和节点属性等的评估，取得了一定的成果。但是对于仅仅考虑节点自身收集到的数据进行评估的研究较少，主要应用在异常数据处理等场景中。

发明内容

本发明提出一个基于灰色关联和距离分析的低功耗安全路由控制方法，所要解决的技术问题是现有的无线传感器网络路由协议信任评估机制中消息传递现象较多，能耗较大的问题。本发明采用的技术方案是：采用灰色关联分析方法，根据传感器节点的感知数据具有空间相关性的特点，在网络中动态分簇；簇头节点采用距离向量法和多项式拟合相结合的方式，对簇内节点发送的数据进行分析，判断节点的安全性。该协议避免了信任评估机制中评估节点与被评估节点之间大量的数据传递，在保证网络安全性的同时降低了网络能耗，延长网络生存时间，在传感器网络安全状态未知的场景中也可以很好地应用。

本发明一个基于灰色关联和距离分析的低功耗安全路由控制方法由四部分构成，即系统模型、基于灰色关联分析法分簇、簇内安全感知以及路由选择。

所述系统模型中网络模型具有以下属性：(1)传感器网络监测为矩形区域，基站位于监测区域外面且基站和传感器节点在网络布设结束后位置不再改变；(2)网络区域中节点均为同构，节点初始能量一致，每个传感器节点有唯一标号；(3)传感器节点在网络区域中随机分布，基站存储网络区域节点初始化分布信息；(4)传感器节点之间的通信链路对称；(5)节点具有一定的计算处理能力和适度的存储空间，可以进行基本有限的运算，存储少量信息。