[发明专利]一种基于多因素的无线传感器网络信任管理模型

摘要

本发明是一种基于多因素的无线传感器网络信任管理模型，该模型由信任值计算层、信任值管理层和信任值应用层组成，其中信任值计算层是基础，包括节点的直接信任值计算、不良合作值计算和能量因子计算；信任值管理层是核心，包括合作记录表管理、节点间信任值管理、节点信任值初始化和信任值更新；信任值应用层是目的，包括恶意节点识别、可信节点确定、低能量节点识别和可信路由选择。该模型根据节点间的合作信息对节点的信任值进行评估，从而快速识别网络中的恶意节点，平衡网络中各节点的开销，减少不必要的资源损耗，杜绝了因内部节点被俘获所造成的信息泄露问题，保证无线传感器网络可靠、安全和持续地运行。

主权项

1.一种基于多因素的无线传感器网络信任管理模型，其特征在于该无线传感器网络信任管理模型主要由三层组成，分别是信任值计算层、信任值管理层和信任值应用层，其中信任值计算层是基础，信任值管理层是核心，信任值应用层是目的；信任值计算层：信任值计算是该模型的基础，它包括直接信任值计算、不良合作值计算、能量因子计算和总信任值计算，节点的总信任值由直接信任值、不良合作值和能量因子共同决定，总信任值的取值范围是[0,1]；1）直接信任值计算节点的直接信任值D_i,j计算是以节点间合作记录表保存的合作信息为基础，分别建立合作评价函数、消息权重函数和时间衰减函数，最后由三种函数合成计算出节点的直接信任值，其取值范围也是[0,1]，计算公式如下：Di,j=Σk=1Ni,jci,jk(x)·gi,jk(m)·ti,j(k)Σk=1Ni,jgi,jk(m)·ti,j(k)]]>其中，c_i,j(x)、g_i,j(m)和t_i,j(k)分别是合作评价函数、消息权重函数和时间衰减函数，N_i,j为节点i作为合作请求方与合作响应方节点j的合作次数。2）不良合作值计算直接信任值是节点i对节点j通过分析计算相关合作信息计算出的信任值，是从正面对节点j的一种评价，不良合作值B_i,j的计算也是以节点间合作记录表保存的合作信息为基础，通过对合作评价函数进行分析计算，得出节点的不良合作值，其取值范围也是[0,1]，计算公式如下：Bi,j=Ni,jU+2Ni,jR+3Ni,jM3Ni,j]]>其中，和分别表示节点i作为合作请求方与合作响应方节点j合作的集合中无响应、拒绝合作以及恶意转发的次数；3）能量因子计算定义，能量因子是节点i对节点j的能量消耗率进行评价得出的一个值，它的取值范围是[0,2]，当E_i,j=1时，表示节点处于正常工作状态，当E_i,j>1时，表示节点应该增加参加网络合作的次数，当E_i,j<1时，表示节点处于高频率的工作状态，应该适当降低参加网络合作的次数；能量因子计算的策略是，信誉越高，合作频率越大，节点能量消耗率就越大，那么它的能量因子就会越小，相反，信誉越低，合作频率越小，节点能量消耗率就越小，那么它的能量因子就会越大；考虑到提供不同的合作，即不同的合作评价，系统能量的消耗是不一样的，假设，一次良好的G和S合作，系统将消耗1个单位的资源；一次不良的U，R，M合作，系统将消耗2个单位的资源，则节点的能量消耗率e_i,j计算公式为：ei,j=ki,j·[Ni,j-(Ni,jU+Ni,jR+Ni,jM)]+2·(Ni,jU+Ni,jR+Ni,jM)E]]>其中，E是每个节点初始具有的总能量，k_i,j是调整系数，因为节点i保存的只是节点j和节点i之间的合作，节点j和其他节点间的合作同样也要消耗能量，因此引入调整系数来估算节点实际的能量消耗；4）总信任值计算节点的总信任值T_i,j由直接信任值、不良合作值和能量因子共同决定，总信任值的取值范围是[0,1]，计算公式如下：T_i,j=αD_i,j+β(1-B_i,j)+γE_i,j,α+β+γ=1；信任值管理层：信任值管理是该模型的核心，它包括存储节点间合作信息的合作记录表管理、节点间信任值管理、节点信任值初始化和节点信任值更新；1）合作记录表管理合作记录表是信任值计算的重要依据，无论是直接信任值、不良合作值还是能量因子的计算，都需要依据合作记录表中的内容，因此，每个节点都需要建立并维护该表，节点之间每完成一次合作，就需要对合作记录表进行一次更新；2）节点间信任值管理每个节点只需要一个简单的一维数组来存储它相邻节点的信任值，随着网络中节点间合作的不断进行，节点间的信任值也将会不断更新，节点每完成一次总信任值的计算后，都要对自身的信任值存储数组进行更新；3）节点信任值初始化当一个节点j刚加入网络时，因为节点i没有与节点j的任何合作记录，这样节点j就被网络中的其它节点孤立了，永远不会参与网络合作；因此，模型对刚加入的节点赋予一个初始信任值ω，即任何一个节点对于节点j的总信任值都是ω；开始阶段，其它节点对节点j没有合作记录，因此总信任值就是初始值ω，随着节点j慢慢地参与网络合作，其相邻节点将会记录与它的相关合作信息，进而可以采用前面定义的计算模型对相关信任值进行计算；4）信任值更新信任值更新主要有触发更新和定期更新两种情况：定期更新主要是为了保证计算结果的公平性和准确性，它的主要方法是每经过一个固定的时间周期，就对符合要求的节点间信任值进行更新，使节点间有机会进行合作；触发更新则相对比较简单，主要是针对恶意节点的，当节点的不良合作值达到一定值B_High时，就直接判定节点j是恶意节点，将T_i,j设为0，永不参加网络合作，其实这也是一种惩罚措施的体现；信任值应用：信任值应用是该模型最终要实现的功能，它包括恶意节点识别、可信节点确定、低能量节点识别和可信路由选择，这些应用都是通过节点之间相互进行信任值评估来完成的。