一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)據(jù)融合方法

1、案卷流水號(hào)：xxxxx專利申請(qǐng)信息確認(rèn)表專利申請(qǐng)名稱一種有效保證融合信息真實(shí)性的安全數(shù)據(jù)融合方法專利申請(qǐng)類型發(fā)明區(qū)實(shí)用新型口外觀設(shè)計(jì)n發(fā)明人王浩王平秘明睿申請(qǐng)人第一署名申請(qǐng)人姓名或名稱重慶郵電大學(xué)電話單位代碼或個(gè)人身份證號(hào)45040189-9地址重慶巾南芹更神婭崇文路2號(hào)郵政編碼400065第二申請(qǐng)人姓名或名稱電話地址郵政編碼第三申請(qǐng)人姓名或名稱電話地址郵政編碼人系聯(lián)姓名電話傳真電子郵件地址重慶市南岸黃桃婭崇文路2號(hào)郵編400065備注北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司說(shuō)明書(shū)摘要本發(fā)明提出了一種用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全數(shù)據(jù)融合方法，包括數(shù)據(jù)融合節(jié)點(diǎn)監(jiān)督機(jī)制，監(jiān)督數(shù)據(jù)的采信，模式碼的生成和使用方式，

2、數(shù)據(jù)融合的方法。通過(guò)設(shè)計(jì)的監(jiān)督機(jī)制，使得監(jiān)督信息完整可達(dá)，避免了以往機(jī)制存在的惡5意丟棄現(xiàn)象。本發(fā)明的方法，復(fù)雜數(shù)據(jù)處理放在基站，普通節(jié)點(diǎn)、融合節(jié)點(diǎn)只進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算，從而效率更高，接近甚至優(yōu)于未添加安全的普通數(shù)據(jù)融合方案；對(duì)于硬件、使用環(huán)境等的依賴度低，新建網(wǎng)絡(luò)、已有網(wǎng)絡(luò)使用本方案的開(kāi)銷區(qū)別小，能應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)的變化，可擴(kuò)展性強(qiáng)。摘要附圖權(quán)利要求1.一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)據(jù)融合方法，其步驟為：1）模式碼的生成和下發(fā)；2）監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的選取和監(jiān)督功能的執(zhí)行53）數(shù)據(jù)融合4）基站對(duì)融合信息可信性的判斷5）對(duì)不可信融合節(jié)點(diǎn)的撤銷2.如權(quán)利要求1所述的模式碼的生成和下發(fā)，其特征在于：1）原始數(shù)據(jù)采集和傳輸

3、10節(jié)點(diǎn)采集信息，將原始數(shù)據(jù)加密，通過(guò)簇頭（不融合）傳給基站2）基站生成模式碼并下發(fā)基站根據(jù)原始數(shù)據(jù)，生成模式碼下發(fā)給節(jié)點(diǎn)3.如權(quán)利要求1所述的對(duì)于融合節(jié)點(diǎn)和融合信息的監(jiān)督機(jī)制，其特征在于:1）監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的選取機(jī)制；152）監(jiān)督信息的范圍；3）監(jiān)督信息的上傳方式；4）監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的周期。4 .如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)融合，其特征在于：由于節(jié)點(diǎn)只發(fā)送模式碼，數(shù)據(jù)融合時(shí)，僅需進(jìn)行比較算法，運(yùn)算速度快，其融合精度由融合算法和模式5101520碼的設(shè)計(jì)決定5 .如權(quán)利要求1所所述的基站對(duì)融合信息可信性的判斷，其特征在于：基站根據(jù)監(jiān)督節(jié)點(diǎn)上傳的信息，對(duì)簇頭融合信息的真實(shí)性、正確性進(jìn)行判斷。6 .如權(quán)利要求1所所

4、述的對(duì)不可信融合節(jié)點(diǎn)的撤銷，其特征在于：當(dāng)基站判定簇頭融合信息不可靠時(shí)，下發(fā)撤銷簇頭報(bào)文，被撤銷簇節(jié)點(diǎn)接到報(bào)文后，重新選舉簇頭，將保存的歷史信息用于基站的對(duì)偶密鑰加密，通過(guò)新簇頭傳給基站，基站復(fù)查融合信息，還原數(shù)據(jù)。7 .如權(quán)利要求2所所述的生成模式碼，其方法在于：根據(jù)采集的原始數(shù)據(jù),結(jié)合選定的融合算法，對(duì)于原始數(shù)據(jù)集中區(qū)域密集設(shè)定模式碼以達(dá)到精確的目的，交界區(qū)域設(shè)定模式碼用以清楚界限、預(yù)警目的，算法。當(dāng)節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)發(fā)生較大變動(dòng)且處于融合值外時(shí)，節(jié)點(diǎn)將采集數(shù)據(jù)用與基站對(duì)偶密鑰加密，傳給簇頭到基站，重新生成新的模式碼8 .如權(quán)利要求3所所述的監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的選取機(jī)制，其方法在于：既可由基站指定，也可以

5、是自發(fā)選舉的。9 .如權(quán)利要求3所所述的監(jiān)督信息的范圍，其特征在于：配合監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的選取方式和監(jiān)督周期的設(shè)定，可以有以下幾種：1）僅發(fā)送自身信息；2）發(fā)送自身和小范圍內(nèi)鄰居節(jié)點(diǎn)信息；3）發(fā)送自身和大范圍內(nèi)鄰居節(jié)點(diǎn)信息；10 .如權(quán)利要求3所述的監(jiān)督信息的上傳方式，其特征在于：監(jiān)督信息直接傳給簇頭，基于不完全信息動(dòng)態(tài)博弈論，普通節(jié)點(diǎn)無(wú)論簇頭是否惡意，為使自身信息有可能達(dá)到基站，必須傳給簇頭，同時(shí)信息采用自身與基站的對(duì)偶密鑰加密；簇頭在接收信息后，因沒(méi)有密鑰，無(wú)法判斷其是監(jiān)視報(bào)文還是數(shù)據(jù)異5常報(bào)文，為使其能持續(xù)的在網(wǎng)絡(luò)中通信且其收集信息能被基站采信，必須完整的轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)督信息，使得監(jiān)督信息完整可達(dá)，避免

6、了以往機(jī)制存在的惡意丟棄現(xiàn)象。11 .如權(quán)利要求3所述的監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的周期，其特征在于：當(dāng)只發(fā)送自身監(jiān)督信息時(shí)，監(jiān)督周期為發(fā)送一次普通報(bào)文的時(shí)間；當(dāng)發(fā)送自身和范圍鄰居節(jié)點(diǎn)10信息時(shí)，監(jiān)督周期為不大于30%的簇周期；當(dāng)發(fā)送信息等同簇頭時(shí)，監(jiān)督周期為不大于50%的簇周期。說(shuō)明書(shū)一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)據(jù)融合方法技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明屬于安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)據(jù)融合方5法。背景技術(shù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，通過(guò)無(wú)線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知到的信息，并發(fā)給觀測(cè)者。10無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要任

7、務(wù)是將網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)收集的數(shù)據(jù)傳送給基站。一種實(shí)現(xiàn)該任務(wù)的最簡(jiǎn)單方法是直接傳送，即網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)把收集到的數(shù)據(jù)直接傳送給基站，然而對(duì)于遠(yuǎn)離基站的傳感器節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)消耗大量能量將使節(jié)點(diǎn)很快死亡，為解決如此問(wèn)題，一系列以節(jié)約能量為目的的數(shù)據(jù)收集算法相繼被提出。15目前幾種常見(jiàn)的安全數(shù)據(jù)融合方案有SIA,SecureDAV,ESPDA和SEDAA其特點(diǎn)描述如下：SIA:采用高效的抽樣和交互證明來(lái)保證數(shù)據(jù)融合節(jié)點(diǎn)給出的結(jié)果是一個(gè)真實(shí)值的近似，并提出了一種高效的方式驗(yàn)證數(shù)據(jù)的完整性。不足之處：要得到的可靠性要求越高，需要的交互次數(shù)就越多，融合節(jié)點(diǎn)的消耗就越多。SecureDAV:基于橢圓曲線的密

8、鑰共享方案，可對(duì)聚集數(shù)據(jù)的完整性進(jìn)行驗(yàn)證。不足：只給出了計(jì)算平均值的聚集函數(shù)，并且計(jì)算量較大。5ESPDA：節(jié)點(diǎn)根據(jù)采集信息生成模式碼發(fā)給簇頭，簇頭確定模式碼被選集合，被選中節(jié)點(diǎn)加密真實(shí)數(shù)據(jù)上傳，簇頭不處理直接上傳基站，具有相同模式碼的不同傳感器節(jié)點(diǎn)集合只需要傳送其中之一的原始數(shù)據(jù)到簇頭。不足：只有一層融合節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模受限，網(wǎng)絡(luò)中仍有大量冗余數(shù)據(jù)，沒(méi)有考慮認(rèn)證。SEDAA：在ESPDA的基礎(chǔ)上加了認(rèn)證，模式碼進(jìn)行數(shù)據(jù)匯聚，減少傳輸10量，采用延遲匯聚和延遲認(rèn)證來(lái)達(dá)到安全匯聚。不足：不能完全抵御妥協(xié)節(jié)點(diǎn)攻擊，而且在算法中添加了認(rèn)證后，使得計(jì)算量和通信量增大，加大了網(wǎng)絡(luò)能量開(kāi)銷。傳統(tǒng)方案注重?cái)?shù)據(jù)

9、的驗(yàn)證和認(rèn)證，在一定程度上克服了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中能量約束，去除冗余信息，減少網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸量，從而節(jié)省節(jié)點(diǎn)能量，延15長(zhǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期。然而同傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合方案一樣的是，為保障融合信息的可靠性，添加了復(fù)雜的運(yùn)算，增加網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延、降低網(wǎng)絡(luò)的魯棒性。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明將在保證數(shù)據(jù)新鮮性的條件下，給出一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)據(jù)融合方法，本發(fā)明方法的安全機(jī)制可靠性高且能量消耗小，節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)處理復(fù)雜5101520度低，數(shù)據(jù)融合速度快，網(wǎng)絡(luò)魯棒性強(qiáng)，硬件依賴度低本發(fā)明提出了一種基于不完全信息動(dòng)態(tài)博弈論的監(jiān)督機(jī)制，用以保證監(jiān)督避免以往惡意丟棄、篡改報(bào)文的事件發(fā)生；監(jiān)督節(jié)點(diǎn)位于簇內(nèi)，大大降低了因安全措施導(dǎo)致

10、的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延；監(jiān)督與融合獲取信息同源，提高了監(jiān)督信息的可信性；使得基站對(duì)于簇頭（融合節(jié)點(diǎn)）的融合信息真實(shí)性可證。本發(fā)明將模式碼與監(jiān)督機(jī)制有效的結(jié)合。在低安全級(jí)別下，模式碼提供基本安全保障；節(jié)點(diǎn)將采集信息轉(zhuǎn)化成相應(yīng)模式碼，減小了發(fā)送能耗，同時(shí)縮小存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量，使得長(zhǎng)周期存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)變成可能；模式碼的使用，降低了數(shù)據(jù)融合的時(shí)延，節(jié)點(diǎn)的計(jì)算開(kāi)銷以及對(duì)硬件的依賴。本方案周期執(zhí)行，每個(gè)周期包括2個(gè)階段，稱為成簇階段和安全數(shù)據(jù)融合階段。成簇階段，在于簇的形成和簇頭的選取，具體方法不做要求，可參考傳感網(wǎng)成熟方案。安全數(shù)據(jù)融合階段，為本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)，結(jié)合模式碼高效、低能耗和監(jiān)督機(jī)制的保障性，使得融合數(shù)據(jù)新鮮且真實(shí)

11、可靠。本方案的核心是模式碼的生成和基于不完全信息動(dòng)態(tài)博弈論監(jiān)督機(jī)制的設(shè)計(jì)。模式碼的生成依賴于初始化周期節(jié)點(diǎn)采集的原始數(shù)據(jù)，基站在原始數(shù)據(jù)分布較為集中區(qū)域密集設(shè)定模式碼，同時(shí)根據(jù)選定的融合算法對(duì)于交界區(qū)域以及異常區(qū)域設(shè)定模式碼。監(jiān)督機(jī)制基于不完全信息動(dòng)態(tài)博弈論，不完全信息指節(jié)點(diǎn)只能獲取自己采集信息及可能的周圍節(jié)點(diǎn)信息，而簇頭（融合節(jié)點(diǎn)）能獲得簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)采集信息及可能的周圍節(jié)點(diǎn)信息，基站能獲取全部信息；動(dòng)態(tài)指節(jié)點(diǎn)最先行動(dòng)，而簇頭（融合節(jié)點(diǎn)）和監(jiān)督節(jié)點(diǎn)后行動(dòng)，基站最后行動(dòng)。綜合上述分析，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)據(jù)融合方法，其步驟為：1）模式碼的生成和下發(fā)；52）監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的選取和監(jiān)督

12、功能的執(zhí)行3）數(shù)據(jù)融合4）基站對(duì)融合信息可信性的判斷5）對(duì)不可信融合節(jié)點(diǎn)的撤銷所述的模式碼的生成和下發(fā),其特征在于：101）原始數(shù)據(jù)采集和傳輸節(jié)點(diǎn)采集信息，將原始數(shù)據(jù)加密，通過(guò)簇頭（不融合）傳給基站2）基站生成模式碼并下發(fā)基站根據(jù)原始數(shù)據(jù)，生成模式碼下發(fā)給節(jié)點(diǎn)所述的對(duì)于融合節(jié)點(diǎn)和融合信息的監(jiān)督機(jī)制，其特征在于：151）監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的選取機(jī)制；2）監(jiān)督信息的范圍；3）監(jiān)督信息的上傳方式；4）監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的周期。所述的數(shù)據(jù)融合，其特征在于：由于節(jié)點(diǎn)只發(fā)送模式碼，數(shù)據(jù)融合時(shí)，僅5101520需進(jìn)行比較算法，運(yùn)算速度快，其融合精度由融合算法和模式碼的設(shè)計(jì)決定所述的基站對(duì)融合信息可信性的判斷，其特征在于：基站根

13、據(jù)監(jiān)督節(jié)點(diǎn)上傳的信息，對(duì)簇頭融合信息的真實(shí)性、正確性進(jìn)行判斷。所述的對(duì)不可信融合節(jié)點(diǎn)的撤銷，其特征在于：當(dāng)基站判定簇頭融合信息不可靠時(shí)，下發(fā)撤銷簇頭報(bào)文，被撤銷簇節(jié)點(diǎn)接到報(bào)文后，重新選舉簇頭，將保存的歷史信息用于基站的對(duì)偶密鑰加密，通過(guò)新簇頭傳給基站，基站復(fù)查融合信息，還原數(shù)據(jù)。所述的生成模式碼，其方法在于：根據(jù)采集的原始數(shù)據(jù)，結(jié)合選定的融合需Efll法，對(duì)于原始數(shù)據(jù)集中區(qū)域密集設(shè)定模式碼以達(dá)到精確的目的，交界區(qū)域設(shè)定模式碼用以清楚界限、預(yù)警目的，算法。當(dāng)節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)發(fā)生較大變動(dòng)且處于融合值外時(shí)，節(jié)點(diǎn)將采集數(shù)據(jù)用與基站對(duì)偶密鑰加密，傳給簇頭到基站，重新生成新的模式碼。所述的監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的選取機(jī)制，

14、其方法在于：既可由基站指定，也可以是自發(fā)選舉的所述的監(jiān)督信息的范圍，其特征在于：配合監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的選取方式和監(jiān)督周期的設(shè)定，可以有以下幾種：1）僅發(fā)送自身信息；2）發(fā)送自身和小范圍內(nèi)鄰居節(jié)點(diǎn)信息;3）發(fā)送自身和大范圍內(nèi)鄰居節(jié)點(diǎn)信息;所述的監(jiān)督信息的上傳方式，其特征在于：監(jiān)督信息直接傳給簇頭，基于不完全信息動(dòng)態(tài)博弈論，普通節(jié)點(diǎn)無(wú)論簇頭是否惡意，為使自身信息有可能達(dá)到基站，必須傳給簇頭，同時(shí)信息采用自身與基站的對(duì)偶密鑰加密；簇頭在接收信息后，因沒(méi)有密鑰，無(wú)法判斷其是監(jiān)視報(bào)文還是數(shù)據(jù)異常報(bào)文，為使其能5持續(xù)的在網(wǎng)絡(luò)中通信且其收集信息能被基站采信，必須完整的轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)督信息，使得監(jiān)督信息完整可達(dá)，避免了以往機(jī)

15、制存在的惡意丟棄現(xiàn)象。所述的監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的周期，其特征在于：當(dāng)只發(fā)送自身監(jiān)督信息時(shí)，監(jiān)督周期為發(fā)送一次普通報(bào)文的時(shí)間；當(dāng)發(fā)送自身和范圍鄰居節(jié)點(diǎn)信息時(shí)，監(jiān)督周期為不大于30%的簇周期；當(dāng)發(fā)送信息等同簇頭時(shí)，監(jiān)督周期為不大于50%的簇10周期。本發(fā)明的積極效果與以往安全數(shù)據(jù)融合技術(shù)相比，本發(fā)明的能耗更低具體在于：利用無(wú)線通信的廣播的特點(diǎn)，監(jiān)督節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽(tīng)普通節(jié)點(diǎn)信息如圖1所示，以此判斷融合信息的可信性，消耗僅為監(jiān)聽(tīng)能耗沒(méi)有消耗普通節(jié)點(diǎn)額外能量；節(jié)省了以往方案在15節(jié)點(diǎn)反復(fù)驗(yàn)證或者復(fù)雜運(yùn)算的能耗；模式碼的運(yùn)用，使得發(fā)送的報(bào)文簡(jiǎn)短，節(jié)省了發(fā)送能量；因融合信息為模式碼，計(jì)算復(fù)雜度低。與以往安全數(shù)據(jù)融合技術(shù)相比，

16、本發(fā)明的數(shù)據(jù)新鮮度更高具體在于：監(jiān)聽(tīng)與融合同步進(jìn)行時(shí)延小，沒(méi)有以往方案的反復(fù)驗(yàn)證；在基站驗(yàn)證融合信息，速度更快，且驗(yàn)證方式也使得速度高于以往方案；使用模式碼，計(jì)算速度快。與以往安全數(shù)據(jù)融合技術(shù)相比，本發(fā)明的可信度更高具體在于：由于監(jiān)督信息與融合信息同源，可信度較以往方案高；通過(guò)基于不完全信息動(dòng)態(tài)博弈論設(shè)計(jì)的方案如3、圖4、圖5所示，避免了惡意簇頭丟棄、篡改監(jiān)督信息的可能性。5以往數(shù)據(jù)融合很少考慮可恢復(fù)性，本方案由于使用模式碼，使得存儲(chǔ)較長(zhǎng)周期數(shù)據(jù)硬件資源需求小，可恢復(fù)性強(qiáng)。與以往安全數(shù)據(jù)融合技術(shù)相比，本發(fā)明的高效性，具體在于：模式碼的引入，融合節(jié)點(diǎn)處理速度更高；復(fù)雜計(jì)算放在基站，融合節(jié)點(diǎn)只需簡(jiǎn)單的比較運(yùn)算。10附圖說(shuō)明圖1示意圖；圖2示意圖；圖3示意圖；圖4示意圖；15圖5示意圖；圖6示意圖；圖7本意