[發明專利]基于量子蟻群算法的無線傳感器網絡可信安全路由

無效

• 申請號: 201210393002.2
• 申請日: 2012-10-17
• 公開（公告）號: CN102917430A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 王潮;姜麗瑩;賈徽徽;劉瑞
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H04W40/10
• 分類號: H04W40/10
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明涉及一種基于量子蟻群算法的無線傳感器網絡可信安全路由，它可提高無線傳感器網絡的收斂速度以及全局尋優能力，并可有效抵抗能量黑洞攻擊，屬于網絡安全領域。

背景技術

無線傳感器網絡采用多跳無線通信技術，每個節點都是潛在的路由節點，且節點受到資源限制，各節點將采集到的數據利用多跳接力的方式發至匯聚節點，這必將導致內層節點承擔的數據發送量較重，能量消耗過快，最終導致網絡有效覆蓋面積降低。因此，無線傳感器網絡路由的選擇要結合節點的能量信息，使得網絡中節點的能量消耗能夠得到全局均衡，延長網絡連通正常工作的時間。

蟻群算法屬于一類模擬自然界生物系統行為或過程的最優化群體智能算法，算法本身具備分布式計算、自組織性和反饋性等特點，與無線傳感器網絡的自組織網絡特點極其相似。將蟻群算法應用于無線傳感器網絡上，可以在很大程度的提高傳感器網絡性能，但該算法仍存在問題：一是由于缺乏初始信息素，算法初期搜索過程進行緩慢，影響全局的收斂速度。二是在大規模傳感器網絡中，蟻群算法在尋找路徑時易陷入局部最優解，使算法過早收斂。

當前網絡的安全性已經成為制約無線傳感器網絡發展的瓶頸，無線傳感器網絡的節點和組網特點，其能耗的限制，導致無線傳感網的安全威脅很多不同于傳統計算機網絡。

我們認為無線傳感器網絡的路由算法應該滿足下面原則：

1)????????保持全網全局能量負載平衡：通過路由策略，讓各個節點分擔數據傳輸，平衡節點的剩余能量，提高整個網絡的生存時間。

2)????????具有一定的容錯性和網絡自愈功能：無線傳感網絡容易發生故障，因此應盡量利用節點易獲得的網絡信息計算路由，以確保出現故障時能夠盡快地修復。

3)????????以數據為中心，路由協議將繼續向基于數據、基于位置的方向發展。

4)????????應具有可信安全性：無線傳感網絡的固有特性，節點是開放的，且節點間缺乏信任機制，假定都是友好的節點，路由協議極易受到安全威脅，因此必須考慮設計具有可信安全機制的路由協議。

無線傳感器網絡的一類主要安全攻擊是旨在惡意消耗節點能量，使得無線傳感器網絡不能有效地完成數據收集任務，目前所知道的有虛假路由信息、選擇性轉發、污水池（sinkhole）攻擊、女巫（sybil）攻擊、蟲洞（wormhole）攻擊等眾多安全隱患。針對無線傳感器網絡的安全威脅中，虛假路由信息、選擇性轉發、Sybil?攻擊都可以依靠密碼技術，通過數據加密防止傳送內容被敵手破解，同時依靠公鑰體制，實施雙向身份認證安全保障，防止非法節點接入無線傳感器網絡以及惡意節點改變身份，從而提高路由協議的安全性。但是對Sinkhole，特別是Wormhole此類的路由能量黑洞安全攻擊，一般的無線傳感網路由協議缺乏相應的對策，可信安全路由就是基于這類攻擊而提出的。

發明內容

鑒于以上所述現有技術存在的問題和不足，本發明的目的在于提供一種基于量子蟻群算法的無線傳感器網絡可信安全路由，提高無線傳感器網絡的收斂速度以及全局尋優能力，并可有效抵抗能量黑洞攻擊，增強網絡的安全性。

為了達到上述目的，本發明的構思如下：

(1)??????由于傳統蟻群算法存在易陷入局部最優解和收斂速度慢等問題，量子計算的全局尋優和快速收斂特點可以很好的解決此問題，因此考慮將量子理論引入路由設計中，量子蟻群算法就是將量子算法與蟻群算法相結合形成的一種量子進化算法。

(2)??????在量子蟻群算法中，螞蟻釋放的信息素不是撒在經過的全部路徑上，而是撒在螞蟻當前駐留的位置上，通常由一組量子比特(qubit)的概率幅來表示螞蟻的當前位置。量子蟻群算法應用于無線傳感器網絡路由，可以用量子比特直接表示當前信息素，用量子旋轉門來更新信息素，用量子非門實現信息素的變異，降低系統設計復雜性，從而降低節點的能量消耗。

(3)??????從網絡安全的角度出發，考慮到無線傳感器網絡節點間缺乏信任機制，采用可信網絡思想，以節點可信度作為信息素分配策略，綜合能量消耗預測進行路徑選擇，實現基于全局能量均衡的無線傳感器網絡可信安全路由算法。