[发明专利]一种基于多属性决策的无线传感器网络安全路由方法

说明书

本发明公开了一种基于多属性决策的无线传感器网络安全路由算法，基于无标度拓扑的度分布特点，综合考虑网络的性能要求，将能量传输效率、负载、丢包率加入到多属性决策模型中，通过相对熵的概念来平衡多种属性因子，节点确定到基站的最小跳数，构建其前向邻居列表，根据决策模型从前向邻居列表中选择最优的路由节点。本发明可有效规避选择性转发攻击、均衡网络能量、延长网络生命周期。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络路由安全领域，尤其是一种基于多属性决策的无线传感网络安全路由算法。

背景技术

路由协议负责为数据传输选择最优路径，将数据分组从源节点通过转发到目的节点。路由安全是无线传感器网络(wireless sensor networks，WSNs)系统安全的重要环节。WSNs面临着虚假路由信息攻击、选择性转发攻击、污水池(sinkhole)攻击、女巫(sybil)攻击以及虫洞(wormhole)攻击等安全隐患，分析这些攻击的特点，它们对WSNs网络层性能的影响主要包括：丢包、时延、能量耗尽等方面。其中，选择性转发作为一种比较常见的网络层攻击类型，攻击者通过选择性丢失信息或者不转发敏感信息的方式，有效破坏了网络数据的正常收集，而当选择性转发结合其他攻击形式时共同作用时，网络会更具危害性。

无标度拓扑结构由于其具有较强的容错能力，被广泛应用，但是无标度网络中存在部分度很大的节点，这些节点在遭受攻击时整个网络将会处于瘫痪状态。无标度网络的这种特点会直接影响网络数据传输的安全，尤其是网络在遭受蓄意攻击时，整个网络将处于瘫痪。

现有文献大多通过检测节点的丢包情况来避免选择性转发的恶意节点，在抵御选择性转发攻击的同时，不能兼顾网络的时延、能量等性能，以至数据包不能到达目的节点，网络因某些节点能量耗尽而分割。而在对无标度网络的路由研究中，大多数集中研究网络如何均衡能耗和降低拥塞，对于无标度网络的安全路由问题，没有引起学者们的深入研究。

发明内容

本发明目的在于提供一种规避选择性转发节点、均衡网络能量、延长网络生命周期的基于多属性决策的无线传感器网络安全路由算法。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述算法主要包含两部分：多属性决策模型的构建和路由发现。

一、多属性决策模型构建

为了对抗选择性转发攻击无线传感器网络路由的攻击，通过分析网络拓扑结构，定义三种属性——能量传输效率、负载、丢包率：

a、能量传输效率EF_ij(t)——包含剩余能量和节点单位时间内消耗的能量，更能体现节点的能量性能；

节点的能量传输效率为

其中，EF_ij(t)是客体j在t时刻的剩余能量，e_ij是节点i到节点j单位时间内消耗的能量；从节点单位时间内消耗的能量及节点剩余能量两方面综合衡量路由路径的性能；EF_ij(t)的大小体现了路径的能量效率及网络的能量均衡性，EF_ij(t)的值越大，表示节点j能量传输效率越高；

b、负载的定义是基于无标度拓扑的特点

在无标度网络中，节点的负载是关于节点度的幂率函数且度分布不均匀，因此，节点的负载表示为：

L_j＝k_j^a (2)

其中，L_j表示节点j的负载；k_j表示节点j的节点度；α是一个可调参数，用来控制初始负载；

c、丢包率——节点未转发数据包与接收数据包的比例