[發明專利]一種基于多屬性決策的無線傳感器網絡安全路由方法

有效

• 申請號: 201710034300.5
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN107197495B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 尹榮榮;徐英函;劉浩然;李雅倩;崔夢頔;張文元
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: H04W40/02
• 分類號: H04W40/02;H04W40/10
• 代理公司: 秦皇島一誠知識產權事務所(普通合伙) 13116
• 代理人: 李合印

本發明公開了一種基于多屬性決策的無線傳感器網絡安全路由算法，基于無標度拓撲的度分布特點，綜合考慮網絡的性能要求，將能量傳輸效率、負載、丟包率加入到多屬性決策模型中，通過相對熵的概念來平衡多種屬性因子，節點確定到基站的最小跳數，構建其前向鄰居列表，根據決策模型從前向鄰居列表中選擇最優的路由節點。本發明可有效規避選擇性轉發攻擊、均衡網絡能量、延長網絡生命周期。

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡路由安全領域，尤其是一種基于多屬性決策的無線傳感網絡安全路由算法。

背景技術

路由協議負責為數據傳輸選擇最優路徑，將數據分組從源節點通過轉發到目的節點。路由安全是無線傳感器網絡(wireless sensor networks，WSNs)系統安全的重要環節。WSNs面臨著虛假路由信息攻擊、選擇性轉發攻擊、污水池(sinkhole)攻擊、女巫(sybil)攻擊以及蟲洞(wormhole)攻擊等安全隱患，分析這些攻擊的特點，它們對WSNs網絡層性能的影響主要包括：丟包、時延、能量耗盡等方面。其中，選擇性轉發作為一種比較常見的網絡層攻擊類型，攻擊者通過選擇性丟失信息或者不轉發敏感信息的方式，有效破壞了網絡數據的正常收集，而當選擇性轉發結合其他攻擊形式時共同作用時，網絡會更具危害性。

無標度拓撲結構由于其具有較強的容錯能力，被廣泛應用，但是無標度網絡中存在部分度很大的節點，這些節點在遭受攻擊時整個網絡將會處于癱瘓狀態。無標度網絡的這種特點會直接影響網絡數據傳輸的安全，尤其是網絡在遭受蓄意攻擊時，整個網絡將處于癱瘓。

現有文獻大多通過檢測節點的丟包情況來避免選擇性轉發的惡意節點，在抵御選擇性轉發攻擊的同時，不能兼顧網絡的時延、能量等性能，以至數據包不能到達目的節點，網絡因某些節點能量耗盡而分割。而在對無標度網絡的路由研究中，大多數集中研究網絡如何均衡能耗和降低擁塞，對于無標度網絡的安全路由問題，沒有引起學者們的深入研究。

發明內容

本發明目的在于提供一種規避選擇性轉發節點、均衡網絡能量、延長網絡生命周期的基于多屬性決策的無線傳感器網絡安全路由算法。

為實現上述目的，采用了以下技術方案：本發明所述算法主要包含兩部分：多屬性決策模型的構建和路由發現。

一、多屬性決策模型構建

為了對抗選擇性轉發攻擊無線傳感器網絡路由的攻擊，通過分析網絡拓撲結構，定義三種屬性——能量傳輸效率、負載、丟包率：

a、能量傳輸效率EF_ij(t)——包含剩余能量和節點單位時間內消耗的能量，更能體現節點的能量性能；

節點的能量傳輸效率為

其中，EF_ij(t)是客體j在t時刻的剩余能量，e_ij是節點i到節點j單位時間內消耗的能量；從節點單位時間內消耗的能量及節點剩余能量兩方面綜合衡量路由路徑的性能；EF_ij(t)的大小體現了路徑的能量效率及網絡的能量均衡性，EF_ij(t)的值越大，表示節點j能量傳輸效率越高；

b、負載的定義是基于無標度拓撲的特點

在無標度網絡中，節點的負載是關于節點度的冪率函數且度分布不均勻，因此，節點的負載表示為：

L_j＝k_j^a (2)

其中，L_j表示節點j的負載；k_j表示節點j的節點度；α是一個可調參數，用來控制初始負載；

c、丟包率——節點未轉發數據包與接收數據包的比例