[发明专利]基于骨干节点安全角色层级化的无线传感网安全模型

说明书

本发明提供了一种基于骨干节点安全角色层级化的无线传感网安全模型，属于无线传感网安全技术领域。本发明用支配集原理分布的管理节点将大规模部署的无线传感网节点划分成若干个局域子网，再对子网细分成簇；由汇聚节点、子网管理节点和簇头构成的层次化骨干节点负责安全管理和网络维护，监视所管理节点的行为，并对其信誉进行评估和维护；管理节点的遴选基于信誉值和剩余能量等因子加权。本发明不仅可以提高无线传感网的安全性还具有降低网络能耗的特点。

技术领域

本发明属于无线传感网安全技术领域，涉及一种基于骨干节点安全角色层级化的无线传感网安全模型。

背景技术

“互联网+”和物联网创新应用正推动无线传感网向环境监测、灾害预警、工业控制、安全防卫、智能家居、智慧交通等众多应用领域快速拓展。无线传感网通常被部署在无人看守的户外区域甚至偏远地区，面临诸多挑战。如网络中的传感器节点采用电池供电，导致其能量有限且难以补充，簇头节点在全网频繁选举的方式使得节点耗能较快；因网络节点结构简单，易被攻击者捕获，造成数据泄露；攻击者很容易窃取或伪造数据，控制有合法身份的节点拒绝服务、重放攻击、注入大量冗余数据等，网络安全面临严峻考验，也对研究者提出了新的要求。因此，如何在无线传感网自身资源受限的条件下设计出一种低功耗的安全维护方案有着重要意义。

在无线传感网安全领域，研究者已提出了包括身份认证、密钥管理等技术和理论，但传统的安全方法结合无线传感网的成簇方式会面临节点能耗较大，网络生存周期较短等新的挑战。同时安全方面也存在着针对性不强，安全维护方式单一等问题。无线传感网作为一种自组织网络，网络中节点功能存在差异，不同类型节点的安全需求也不同。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于骨干节点安全角色层级化的无线传感网安全模型，从而提供一种节点能量高效、恶意节点检测率高、检测速率快的无线传感网安全角色层级化模型。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于骨干节点安全角色层级化的无线传感网安全模型，具体包括以下步骤：

S1：采用极小支配集算法选举管理节点，管理节点融合和管理网络中节点的信誉值，节点间距离以及剩余能量信息，维护网络安全；

S2：以管理节点为中心，将整个网络划分为不同的子网，再将子网细分成簇，选取普通节点加入最近的簇，最终形成汇聚节点，管理节点，簇头节点和普通节点组成的安全角色层级化节点结构；

S3：统计相邻节点通信行为，根据节点正常和异常的通信行为次数，利用Bayes评估方法计算相邻节点信誉值，并上传至管理节点；

S4：节点信誉值由管理节点存储和更新，当管理节点轮换以后，管理节点所存储的信誉值作为历史信誉值上传至新的管理节点管理和保存；

S5：当前信誉值和历史信誉值分别按照不同的权重计算入新的信誉值当中，若节点信誉值低于安全阈值R_threshold则退出骨干节点选举；

S6：将节点剩余能量E_R，节点之间的距离d_ij和节点信誉值R_i作为影响管理节点选举的因素引入通信权值W；当节点的剩余能量E_R越大，信誉值越高，其通信权值越高，而距离越远节点的通信权值越低；

若节点v_i和v_j的通信权值之和满足；

(W_i+W_j)W_manage