[發明專利]一種基于能量場的傳感網惡意節點檢測方法

有效

• 申請號: 201210279996.5
• 申請日: 2012-08-08
• 公開（公告）號: CN102843672B
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 徐興坤;高昆侖;趙婷;鄭曉崑;徐志博
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院;全球能源互聯網研究院;國家電網公司
• 主分類號: H04W12/00
• 分類號: H04W12/00;H04W84/18
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

1.一種基于能量場的傳感網惡意節點檢測方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

(1)構建基于能量場的無線傳感網；

(2)在所述傳感網中運用ARMA預測模型來預測節點的剩余能量值；

(3)基于能量的惡意節點檢測；

步驟(1)包括如下步驟：

(1-1)假定所有節點能量同構，每個節點確認自身的剩余能量，且節點在成為簇頭期間不會受到惡意攻擊；采用分布式自組織協議Leach協議進行分簇和選定簇頭節點，使所有節點以輪為工作周期，周期性地輪流作為簇頭節點；

(1-2)每輪簇頭節點被確定時，通過一個單值能量勢能函數計算出自身的勢能值，并將自己的勢能值通過與其周圍鄰居簇頭節點數據通信時發送給鄰居簇頭節點；簇頭節點獲取周圍鄰居簇頭的勢能值的同時，通過接收無線信號的強弱或衰減程度算出與另一個簇頭節點之間的通信開銷C_uv，并計算出驅動數據分組流向各個鄰居簇頭節點力的大小；

(1-3)簇內節點將傳感數據轉發到自己所在簇的簇頭節點，簇頭節點進行數據轉發時，轉發給與它相鄰的鄰居簇頭節點力F_u→v值最大的簇頭節點，第二跳節點收到該數據分組，搜尋鄰居簇頭節點力F_u→v值最大的簇頭節點，并轉發該數據分組，直至數據分組到達唯一終點Sink節點；

(1-4)在每輪選舉出的簇頭節點中通過簇頭節點之間的多跳路由與Sink節點形成一個“多對一”的且具有向心性的網絡通信模型；

步驟(2)包括如下步驟：

(2-1)計算節點發送數據的能量消耗E_tx和接收數據的能量消耗E_rx；

(2-2)簇頭節點確認每輪簇內節點的剩余能量值和能量消耗值；

(2-3)簇頭節點獲取到的簇內節點消耗能量為X₀,X₁,…,X_i,…,X_n，并以此順序為序列，對該序列建立ARMA(1,1)模型預測下一輪簇內節點能量消耗值

(2-4)將第j輪能量消耗預測值代入式得節點第j輪的剩余能量預測值

步驟(3)包括如下步驟：

(3-1)選取報警閾值；

(3-2)根據得到的閾值T’，計算第Ri輪剩余能量實際值E_Ri與剩余能量預測值的差值；

(3-3)在M輪通信過程中，若簇頭節點有連續ω輪預測與實際剩余之差的絕對值δ超過閾值T’，所述簇頭節點將產生報警消息，報告此節點發生能量異常；

步驟(3-1)報警閾值的計算方法為：

簇頭節點按簇內某節點當選簇頭節點的次數，分別計算簇內節點能量的平均值，并得到針對于當選簇頭節點次數不同的各個簇內節點的當前的閾值T'，公式如下：

其中，ClusterCnt是節點當選簇頭節點的次數；是第Ri輪簇頭節點對簇內節點的剩余能量預測值；E_Rimean是第Ri輪且當選簇頭ClusterCnt次簇內節點的實際剩余能量平均值；a是閾值選取的參量，根據準確度的需求設定；

步驟(3-2)中所述第Ri輪剩余能量實際值E_Ri與剩余能量預測值的差值的表達式為：

步驟(1-2)所述單值能量勢能函數為V(y)＝ay+b，其中a>0,函數單調遞增；y為節點本身的剩余能量；

步驟(1-2)所述簇頭節點力的計算公式為：

其中，C_uv為兩個簇頭節點間的通信開銷；V(u)為u節點根據單值能量勢能函數計算出自身的勢能值；V(v)為v節點根據單值能量勢能函數計算出自身的勢能值；

步驟(2-1)計算節點發送數據的能量消耗E_tx的表達式為：

E_tx＝kE_Telec+kd²E_amp

計算節點接收數據的能量消耗E_rx的表達式為：

E_rx＝kE_Relec

其中，E_Telec為發送每個比特需要消耗的能量；E_Relec為接收每個比特需要消耗的能量；E_amp為信號放大器能耗；d為指網絡中單個節點的最大通信距離；k為要發送或接收的數據比特位數；

步驟(2-2)中設滑動時間窗的大小為n，簇頭節點獲取每輪節點消耗能量為X₀,X₁,…,X_i,…,X_n，其中

X_i＝E_tx,i(h,d)+E_rx,i(h)

X_i表示節點第i輪能量消耗；E_tx,i(h,d)為第i輪節點發送數據的能量消耗；E_rx,i(h)為第i輪節點接收數據的能量消耗；

剩余能量為第i-1個節點的剩余能量減去第i個能量消耗；

步驟(2-4)所述剩余能量預測值的表達式為：

其中，為第j輪剩余能量預測值，E_j-1為第j-1輪節點的剩余能量實際值，為節點能量消耗預測值。