基于节点可信度量的无线传感器网络层次路由算法

无线传感器网络的路由协议决定着信息从源节点传输到目的节点的路径选择，直接影响到整个网络的性能。基于密码体系的安全机制只能抵抗路由信息的重放、篡改和错误路由信息的注入等外部攻击，其设计思路与实现机制都无法解决网络内部被俘虏节点所产生的内部攻击。本课题采用基于信任决策树的模糊数学度量方法，利用熵理论的信任模型（时间角度），结合"云计算"方式（空间角度），在路由中引入节点可信度作为信息素的分配策略，将恶意节点排除出网络；在证据理论基础上，采用冗余策略和挑战应答等手段，选举和管理主干节点，并降低网络能耗；利用半环代数理论，结合贝叶斯算法与模糊神经网络技术，建立新型的层次可信路由算法，并在物理实验平台上进行验证。该套方法有效解决路由内部攻击问题，保证数据安全可信传输，提高网络整体路由性能，从可信度量和网络内部安全角度，丰富和发展无线传感器网络路由协议，具有重要的科学意义和应用价值。

针对基于密码体系的安全机制只能抵抗路由信息的重放、篡改等外部攻击而无法解决网络内部节点被俘虏而产生的内部攻击的问题，本课题研究了一套提高网络路由安全性的新方法。根据传感器节点特性，定义节点信任度的各种构成因子，采用基于D-S证据理论的数学度量方法计算节点信任度，在路由中引入节点可信度作为信息素的分配策略；利用不完全信息博弈理论，结合贝叶斯算法与伯努利方程，建立两级动态贝叶斯博弈模型的恶意节点检测模型，将恶意节点排除出网络；在模糊理论与无约束优化算法基础上，采用冗余策略和挑战应答等手段，选举和管理主干节点，并降低网络能耗；在LEACH算法和簇头节点可信选举的基础上，建立新型的层次可信路由算法。在理论研究的基础上，设计出一套包括新型传感器节点、网关设备和测试床的传感网研发测试综合平台，对算法的有效性评估和实用性进行了验证。本项目的研究成果已发表13篇论文（其中SCI检索 5篇，EI检索 8篇），在项目执行过程中，培养博士研究生2名，硕士研究生6名。本项目研究可应用于工业控制与监测、安全与军事、物资跟踪与管理、环境感知和健康监测等领域。