[发明专利]一种无线传感器网络中基于信任管理的高可靠覆盖机制

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体涉及无线传感器网络的高可靠覆盖机制。

背景技术

随着近几年科学技术的进步，无线传感器逐渐向小型化、高效能、低功耗等方面发展，并且可以在无线电通信领域应用中实现高性价比的批量生产。伴随着无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Network)在战场监测、环境和交通监测等领域越来越多的应用^[1]，迫切需要在受到资源约束、WSN脆弱性不可避免以及攻击和破坏行为客观存在的条件下，WSN能提供可靠的服务质量。但迄今为止，很少有一个完整的可信WSN系统可以有效保障可靠的网络服务，极大地约束了WSN的发展^[2-3]。为了节约能量，研究者们开始研究在传统的传感器中加入覆盖控制的功能，以便使用尽量少的节点完成覆盖要求。为了解决WSN易受到攻击而导致节点所覆盖区域不安全问题，研究者们又提出了信任管理的概念，以保证覆盖区域的安全性。目前，基于信任管理的安全路由技术^[4,17]、安全簇头选举^[18]、安全融合技术^[5]、安全数据处理^[20]、安全定位技术^[6,19]和安全时间同步技术^[7]等已出现了一些有价值的研究成果。但到现在为止，还没有行之可效的基于信任管理的安全覆盖机制。传统的覆盖算法或是信任管理模型只是两个不同的研究方向，没有将二者结合起来研究。高可靠覆盖技术是高可信WSN的关键问题之一，WSN通过节点间的相互协作执行监测区域、目标跟踪的任务，但进行协作的前提和基础是参与节点是正常节点，而非恶意节点。为了提高网络覆盖质量的可靠性，屏蔽节点失效对覆盖质量造成影响，研究者研究设计可靠的覆盖机制，取得了一定的研究成果。

文献[8]通过在网络中额外增加一些监测节点的办法，来监测节点丢弃数据包的行为，帮助失效节点转发数据包，支持传感数据最终安全、准确地到达汇聚节点。文献[9]提出了一种基于2-Coverage的可靠覆盖机制,通过增加冗余覆盖来屏蔽单个节点的失效，达到容错效果。为了避免单个节点失效造成网络节点整体移动，文献[10]提出了基于虚拟网格的“贪吃蛇”节点替换方案。文献[16]基于概率覆盖模型，提出了能满足目标区域的预设监测概率的启发式算法，以获取最大的满足需求覆盖集。以上这些研究的可靠覆盖机制主要集中于解决减少节点失效对于覆盖质量的影响。然而在现实应用中，除了节点失效造成网络覆盖质量下降以外，网络攻击等都会对覆盖质量造成影响。例如，若网络中的监测节点被敌方俘获，成为恶意节点，监测节点辅助的加强机制将失去效用。对于“贪吃蛇”节点替换方案，若网络中的个别节点或者部分节点老化，传感数据严重偏离于现实数据，这些虚假的数据将会引发错误警报，干扰用户决策，消耗有限的网络资源，造成严重的后果。

信任管理模型的提出，是传统的安全机制的有效补充，已经应用于Internet网络安全中的方方面面。由于上述原因，信任管理模型的应用已经成为当今的研究热点。当前，通用的信任管理模型有很多种，其中由Ganeriwal-Srivastava提出的RFSN^[12]就是一种典型的基于声望的通用信任管理系统。为了减少信任管理造成的较高的能量和存储开销，R.A.Shaikh等提出一种基于分组的轻量级信任管理系统^[13]，J.W.Ho提出了基于区域块的信任管理系统^[14]。

文献[11]虽然提出了一种基于信任管理的节点覆盖调度方案，但是该调度方案只是简单的把信任管理模型加入到节点中，具体调度时仅仅把不可信的节点剔除，而没有把它与实际的覆盖算法相结合。该调度方案不能保证节点所覆盖区域的覆盖质量，一旦节点在工作过程中突然失效，其覆盖区域会陷入部分瘫痪。

发明内容

本发明在对以上文献的基础上研究，提出了一种基于信任管理的高可靠覆盖机制。与文献[11]基于信任管理的覆盖算法不同的是，着重分析了信任管理系统对节点行为监控的内在要求，定量分析了覆盖节点集大小、联合信任度与信任阈值之间的关系，这是以前其它的基于信任管理的安全协议和现有的覆盖算法没有涉及过的内容。本发明所述的基于信任管理的高可靠覆盖机制，即能确保覆盖区域的高可靠覆盖，又能有效减少处于工作状态的节点数量。而且并不局限于某种特定的信任管理系统，因此，具有更好的通用性。