面向移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境的信任測(cè)度方法
【專利摘要】面向移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境的信任測(cè)度方法，屬于計(jì)算機(jī)應(yīng)用與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的技術(shù)領(lǐng)域。首先利用節(jié)點(diǎn)間通信數(shù)據(jù)包數(shù)量進(jìn)行通信信任的計(jì)算并根據(jù)通信信任的趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，利用節(jié)點(diǎn)剩余能量進(jìn)行能量信任的計(jì)算，利用通信信任和能量信任計(jì)算出節(jié)點(diǎn)一跳鄰居節(jié)點(diǎn)的直接信任；其次對(duì)于相互在通信半徑內(nèi)的節(jié)點(diǎn)，考慮節(jié)點(diǎn)的推薦可靠性和推薦相似性，計(jì)算其對(duì)目的節(jié)點(diǎn)的推薦信任度，提出自適應(yīng)權(quán)值的方法，結(jié)合直接信任值和推薦信任得到一跳范圍內(nèi)節(jié)點(diǎn)綜合直接信任；再次考慮信任度傳播距離因素，依賴節(jié)點(diǎn)間的直接和推薦信任，計(jì)算得出多跳節(jié)點(diǎn)間的間接信任。本發(fā)明可有效避免惡意節(jié)點(diǎn)攻擊，計(jì)算出正常節(jié)點(diǎn)的直接和間接信任值更符合實(shí)際情況。
【專利說(shuō)明】
面向移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境的信任測(cè)度方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)應(yīng)用與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)是由一組帶有無(wú)線信息收發(fā)裝置、邏輯上對(duì)等的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成的一類 無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，它不依賴于任何預(yù)設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施，通過(guò)傳輸范圍有限的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間 的相互協(xié)作，保持網(wǎng)絡(luò)連接和實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞。其特點(diǎn)有:不需要固定基站的支持、無(wú)中心、 移動(dòng)性、無(wú)線性、多跳性、自組織性、分布式控制、拓?fù)鋭?dòng)態(tài)性、鏈路帶寬有限性、節(jié)點(diǎn)計(jì)算能 力有限等。圖1為一個(gè)簡(jiǎn)單的自組織網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，兩個(gè)處于彼此 通信范圍外的節(jié)點(diǎn)，可以通過(guò)借助其他中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行多跳通信。由于節(jié)點(diǎn)通信半徑的限制， 節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)5無(wú)法直接通信，但是可以通過(guò)路徑上的中間節(jié)點(diǎn)2、3、4進(jìn)行多跳通信。
[0003] 由于移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)具有使用靈活、組網(wǎng)迅速、魯棒性強(qiáng)等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于如民用 緊急救助、醫(yī)用健康監(jiān)測(cè)、軍用戰(zhàn)場(chǎng)救援等領(lǐng)域。然而由于移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的鏈路帶寬有限性、 無(wú)線性、多跳性等特點(diǎn)，更容易遭受惡意攻擊。因此，保證移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)安全性非常重 要。
[0004]目前已經(jīng)提出了多種安全機(jī)制來(lái)應(yīng)對(duì)竊聽(tīng)攻擊、數(shù)據(jù)偽造攻擊等，如安全身份驗(yàn) 證、消息完整性驗(yàn)證、消息加密機(jī)制等。但是對(duì)于一些其他攻擊，如節(jié)點(diǎn)捕獲攻擊、拒絕服務(wù) 攻擊等，上述方法仍不能有效抵抗這些攻擊。傳統(tǒng)的安全機(jī)制能夠有效地抵御外部攻擊，但 是對(duì)于節(jié)點(diǎn)捕獲所引起的內(nèi)部攻擊，效率不是很高。為了保證安全通信，需要確定轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn) 附近最可信的鄰居節(jié)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，以達(dá)到數(shù)據(jù)安全傳輸?shù)哪康摹?br>[0005] 綜上所述，移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)存在以下幾種問(wèn)題：1)僅僅考慮節(jié)點(diǎn)之間的通信行為，得到 的信任值并不完全可靠，需要考慮節(jié)點(diǎn)的能量信任，節(jié)點(diǎn)有足夠的能量才有能力進(jìn)行數(shù)據(jù) 傳輸;2)對(duì)于節(jié)點(diǎn)通信半徑內(nèi)節(jié)點(diǎn)間信任度的計(jì)算，不僅要考慮節(jié)點(diǎn)之間的直接信任，還要 考慮節(jié)點(diǎn)的推薦信任，推薦信任來(lái)自于該節(jié)點(diǎn)的其他鄰居節(jié)點(diǎn)，但不是所有的推薦都可靠， 有可能會(huì)有惡意推薦或夸大推薦信任，所以需要對(duì)節(jié)點(diǎn)推薦信任進(jìn)行分析判斷，依賴于推 薦可靠性和推薦相似性，計(jì)算得到較為可靠的推薦信任值;3)由于移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性， 拓?fù)鋭?dòng)態(tài)性等特點(diǎn)，目前提出的信任計(jì)算方法沒(méi)有較好的解決信任度值的實(shí)時(shí)性和信任度 的趨勢(shì)問(wèn)題;4)針對(duì)網(wǎng)絡(luò)多跳性，拓?fù)鋭?dòng)態(tài)性和自組織性等特點(diǎn)，之前提出的間接信任的計(jì) 算沒(méi)有考慮信任度傳播距離這個(gè)因素。所以，為了解決上述存在的某些問(wèn)題，提出一種面向 MIOT的面向移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境的信任測(cè)度方法。該方法可以有效的避免惡意節(jié)點(diǎn)的攻 擊，更精確地計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的信任度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明設(shè)計(jì)方法在現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)間信任度的計(jì)算方法的基礎(chǔ)上針對(duì)其沒(méi)有全面考慮 網(wǎng)絡(luò)分布式控制等特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一種分布式自適應(yīng)信任度計(jì)算方法。該方法 通過(guò)計(jì)算通信信任和能量信任得出直接信任;結(jié)合直接信任和計(jì)算出的推薦信任得出綜合 直接信任和間接信任，依此計(jì)算出的信任度更具有實(shí)時(shí)性，且更符合實(shí)際情況。
[0007] 本發(fā)明提供的面向移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境的信任測(cè)度方法主要包括如下關(guān)鍵步驟：
[0008] 第1、信任模型結(jié)構(gòu)：
[0009] 第1.1、當(dāng)源節(jié)點(diǎn)要得到目的節(jié)點(diǎn)的信任度時(shí)，首先依據(jù)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)位置，計(jì)算兩節(jié) 點(diǎn)之間的距離，若計(jì)算所得結(jié)果距離小于等于節(jié)點(diǎn)的通信半徑，激活單跳信任模塊；
[0010] 第1.2、當(dāng)源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的距離大于通信半徑時(shí)，利用其它節(jié)點(diǎn)來(lái)建立路徑， 依賴該路徑上節(jié)點(diǎn)對(duì)目的節(jié)點(diǎn)的直接或間接信任，以及信任傳播的性質(zhì)，計(jì)算得到源節(jié)點(diǎn) 對(duì)目的節(jié)點(diǎn)的間接信任；
[0011] 第1.3、由于移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的拓?fù)鋭?dòng)態(tài)性、自組織性等特點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)會(huì)不斷地加入和退 出網(wǎng)絡(luò)，所以要對(duì)節(jié)點(diǎn)之間的信任度進(jìn)行實(shí)時(shí)更新；
[0012] 第2、直接信任計(jì)算：
[0013] 第2.1、利用成功通信的數(shù)據(jù)包的數(shù)量計(jì)算通信信任；
[0014] 第2.2、由能量消耗模型公式計(jì)算得出節(jié)點(diǎn)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)后的剩余能量，進(jìn)而計(jì) 算其能量信任；
[0015] 第3、推薦信任計(jì)算：
[0016]第3.1、在計(jì)算節(jié)點(diǎn)的推薦信任時(shí)，并非所有公共節(jié)點(diǎn)對(duì)目的節(jié)點(diǎn)的推薦信任都可 靠，需要過(guò)濾掉惡意節(jié)點(diǎn)對(duì)目的節(jié)點(diǎn)的推薦信任；
[0017] 第3.2、事實(shí)上，源節(jié)點(diǎn)對(duì)推薦節(jié)點(diǎn)的信任度越高，并非推薦節(jié)點(diǎn)對(duì)目的節(jié)點(diǎn)的推 薦信任度越可靠，因此引入節(jié)點(diǎn)推薦相似性；
[0018] 第4、單跳模塊中綜合直接信任計(jì)算：
[0019] 當(dāng)兩節(jié)點(diǎn)間通信的數(shù)據(jù)包數(shù)量大于等于門限值時(shí)，只進(jìn)行直接信任的計(jì)算；當(dāng)兩 節(jié)點(diǎn)間通信的數(shù)據(jù)包數(shù)量小于門限值時(shí)，需要考慮單跳通信范圍內(nèi)公共鄰居節(jié)點(diǎn)對(duì)目的節(jié) 點(diǎn)的推薦信任；
[0020] 第5、多跳模塊中間接信任計(jì)算：
[0021] 移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)是多跳網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)不在彼此的通信范圍內(nèi)時(shí)，根據(jù)節(jié) 點(diǎn)之間信任度的傳播特性，綜合考慮信任度在網(wǎng)絡(luò)中傳播距離因素，進(jìn)行間接信任測(cè)度； [0022]第6、信任值更新：
[0023]由于網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋭?dòng)態(tài)性、自組織性等特點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)會(huì)隨機(jī)地加入或離開(kāi)，需要對(duì)節(jié)點(diǎn) 之間的信任度進(jìn)行周期性更新。
[0024]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：
[0025]本發(fā)明主要設(shè)計(jì)了一種面向移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境的信任測(cè)度方法，在該方法中， 定義了單跳信任模塊和多跳信任模塊。單跳信任模塊中包含直接信任，推薦信任的計(jì)算;多 跳模塊中包含間接信任的計(jì)算。其中直接信任包含節(jié)點(diǎn)的通信信任和能量信任，對(duì)于通信 信任的計(jì)算，不僅考慮當(dāng)前的通信信任，而且根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)及信任度的趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，得 出實(shí)時(shí)性更強(qiáng)的通信信任。在單跳信任模塊中，自適應(yīng)設(shè)置權(quán)值，計(jì)算直接信任和間接信任 的綜合值。在間接信任中，不僅考慮節(jié)點(diǎn)間的直接、推薦信任，還綜合考慮了信任的傳播距 離因素，并且討論了信任的更新方法。對(duì)于存在惡意節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，本文提出的信任測(cè)度方 法，對(duì)正常節(jié)點(diǎn)信任度的計(jì)算以及惡意節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)，相比于EDTM和NBBTE都具有較好的效 果。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1是MIOT示例圖；
[0027] 圖2是本發(fā)明流程圖；
[0028] 圖3是多跳網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分類結(jié)構(gòu)圖；
[0029]圖4是無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)能耗分布圖；
[0030]圖5是信任測(cè)度模型結(jié)構(gòu)圖；
[0031 ]圖6是節(jié)點(diǎn)之間推薦信任結(jié)構(gòu)圖；
[0032]圖7是節(jié)點(diǎn)之間間接信任結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]本發(fā)明設(shè)計(jì)的方法基于三個(gè)模型，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ?、?jié)點(diǎn)能耗模型和網(wǎng)絡(luò)攻擊模型。
[0034]網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ?如圖3所示，源節(jié)點(diǎn)可以和自身通信半徑內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直接通 信，如果節(jié)點(diǎn)不在源節(jié)點(diǎn)通信半徑內(nèi)，則需要借助中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行消息傳輸，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間的 間接通?目。
[0035]節(jié)點(diǎn)能耗模型:通常節(jié)點(diǎn)主要由4個(gè)模塊組成，數(shù)據(jù)傳感單元，通信單元，數(shù)據(jù)處理 單元和電池，其中前三個(gè)模塊的能量消耗如圖4所示。在大部分能耗模型中，可以僅考慮節(jié) 點(diǎn)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的能耗。根據(jù)無(wú)線電能量消耗模型，發(fā)送一個(gè)k比特的數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)的能耗 公式如下：
[0036]
(1)
[0037] 式中：
k為傳輸數(shù)據(jù)包字節(jié)數(shù)，d為傳輸距離，當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)距離小于 等于閾值do時(shí)，節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率采用自由空間模式；當(dāng)發(fā)送距離大于閾值do時(shí)，節(jié)點(diǎn)的發(fā)送 功率采用多徑衰減模式;E&。(n J/b i t)為射頻能耗系數(shù);Ef 4ΡΕ_分別為自由空間模式和多 徑衰減模式下電路放大器的能耗系數(shù)。
[0038]而節(jié)點(diǎn)接收k比特的消息的能耗計(jì)算公式如下：
[0039]
(2)
[0040] N絡(luò)攻擊模型:對(duì)移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的惡意攻擊包括如下幾種:拒絕服務(wù)攻擊，數(shù)據(jù) 偽造攻擊，Sybi 1攻擊，泛洪攻擊，選擇轉(zhuǎn)發(fā)攻擊，懦蟲攻擊，bad/good-mouthing攻擊等。本 發(fā)明設(shè)計(jì)方法全面考慮了上述幾種攻擊方式。
[0041]本發(fā)明方法主要包括如下關(guān)鍵步驟，該步驟參考附圖2所示的流程圖：
[0042]第1、信任模型結(jié)構(gòu)：
[0043] 第1.1、當(dāng)源節(jié)點(diǎn)要得到目的節(jié)點(diǎn)的信任度時(shí)，首先依據(jù)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)位置，計(jì)算兩節(jié) 點(diǎn)之間的距離，若計(jì)算所得結(jié)果距離小于等于節(jié)點(diǎn)的通信半徑，激活單跳信任模塊；
[0044] 第1.2、當(dāng)源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的距離大于通信半徑時(shí)，利用其它節(jié)點(diǎn)來(lái)建立路徑， 依賴該路徑上節(jié)點(diǎn)對(duì)目的節(jié)點(diǎn)的直接或間接信任，以及信任傳播的性質(zhì)，計(jì)算得到源節(jié)點(diǎn) 對(duì)目的節(jié)點(diǎn)的間接信任；
[0045]第I. 3、由于移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的拓?fù)鋭?dòng)態(tài)性、自組織性等特點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)會(huì)不斷地加入和退 出網(wǎng)絡(luò)，所以要對(duì)節(jié)點(diǎn)之間的信任度進(jìn)行實(shí)時(shí)更新；
[0046]第2、直接信任計(jì)算：
[0047] 第2.1、利用成功通信的數(shù)據(jù)包的數(shù)量計(jì)算通信信任；
[0048] 第2.2、由能量消耗模型公式計(jì)算得出節(jié)點(diǎn)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)后的剩余能量，進(jìn)而計(jì) 算其能量信任；
[0049] 第3、推薦信任計(jì)算：
[0050]第3.1、在計(jì)算節(jié)點(diǎn)的推薦信任時(shí)，并非所有公共節(jié)點(diǎn)對(duì)目的節(jié)點(diǎn)的推薦信任都可 靠，需要過(guò)濾掉惡意節(jié)點(diǎn)對(duì)目的節(jié)點(diǎn)的推薦信任；
[0051]第3.2、事實(shí)上，源節(jié)點(diǎn)對(duì)推薦節(jié)點(diǎn)的信任度越高，并非推薦節(jié)點(diǎn)對(duì)目的節(jié)點(diǎn)的推 薦信任度越可靠，因此引入節(jié)點(diǎn)推薦相似性；
[0052]第4、單跳模塊中綜合直接信任計(jì)算：
[0053]當(dāng)兩節(jié)點(diǎn)間通信的數(shù)據(jù)包數(shù)量大于等于門限值時(shí)，只進(jìn)行直接信任的計(jì)算；當(dāng)兩 節(jié)點(diǎn)間通信的數(shù)據(jù)包數(shù)量小于門限值時(shí)，需要考慮單跳通信范圍內(nèi)公共鄰居節(jié)點(diǎn)對(duì)目的節(jié) 點(diǎn)的推薦信任；
[0054]第5、多跳模塊中間接信任計(jì)算：
[0055]移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)是多跳網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)不在彼此的通信范圍內(nèi)時(shí)，根據(jù)節(jié) 點(diǎn)之間信任度的傳播特性，綜合考慮信任度在網(wǎng)絡(luò)中傳播距離因素，進(jìn)行間接信任測(cè)度； [0056]第6、信任值更新：
[0057]由于網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋭?dòng)態(tài)性、自組織性等特點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)會(huì)隨機(jī)地加入或離開(kāi)，需要對(duì)節(jié)點(diǎn) 之間的信任度進(jìn)行周期性更新。
[0058]本發(fā)明的具體實(shí)施過(guò)程詳述如下：
[0059]第1、信任模型結(jié)構(gòu)：
[0060]信任度計(jì)算模型結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。
[0061]第1.1、當(dāng)源節(jié)點(diǎn)要得到目的節(jié)點(diǎn)的信任度時(shí)，首先依據(jù)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)位置，計(jì)算兩節(jié) 點(diǎn)之間的距離，若距離小于等于節(jié)點(diǎn)的通信半徑，激活單跳信任模塊。在該模塊中，當(dāng)源節(jié) 點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間通信數(shù)據(jù)包數(shù)量大于等于門限時(shí)，只需計(jì)算直接信任；當(dāng)其小于門限時(shí)， 進(jìn)行直接信任和推薦信任的綜合計(jì)算。
[0062] 第1.2、當(dāng)源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的距離大于通信半徑時(shí)，由于網(wǎng)絡(luò)的多跳性，利用其 它節(jié)點(diǎn)來(lái)建立路徑，依賴該路徑上節(jié)點(diǎn)對(duì)目的節(jié)點(diǎn)的直接或間接信任，以及信任傳播的性 質(zhì)，計(jì)算得到源節(jié)點(diǎn)對(duì)目的節(jié)點(diǎn)的間接信任。
[0063] 第1.3、由于移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋭?dòng)態(tài)性、自組織性等特點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)會(huì)不斷地加入 和退出網(wǎng)絡(luò)，所以要對(duì)節(jié)點(diǎn)之間的信任度進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。
[0064]第2、直接信任計(jì)算：
[0065] 通常情況下，在移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)中，由于網(wǎng)絡(luò)的多跳性，使得節(jié)點(diǎn)只能和通信半徑 范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)包的直接交互。因此需要使用節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)包的發(fā)送接收數(shù)量 來(lái)衡量節(jié)點(diǎn)間的通信信任。但由于各種內(nèi)部或外部原因，如節(jié)點(diǎn)被攻擊等，計(jì)算直接信任時(shí) 需考慮通彳目彳目任和能量?目任。
[0066] 第2.1、利用成功通信的數(shù)據(jù)包的數(shù)量計(jì)算通信信任。假定s是兩個(gè)互相在通信半 徑內(nèi)的節(jié)點(diǎn)之間成功通信的數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)，f是兩節(jié)點(diǎn)之間通信失敗的數(shù)據(jù)包的數(shù)量。利用 Subjective Logic Framework(SLF)理論，信任由一個(gè)三維向量組成，即T= {b，d，u}。其中 b，d，u分別代表了信任，不信任和不確定因素值，且13，(1，1^[0，1]，+(1+11=1。計(jì)算公式如 下：
[0067： (B)
[0068： Tfwdl為該節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)信任，Tdrpl為數(shù)據(jù)包丟失 ?目任，Tf Isl為不確定因素影響彳目任。
[0069] 由于移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋭?dòng)態(tài)性等特點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間的信任度是隨網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等因 素不斷變化的，僅僅依靠歷史通信數(shù)據(jù)包的數(shù)量進(jìn)行信任度的計(jì)算不能夠真實(shí)反映節(jié)點(diǎn)之 間信任度。因此引入AR模型，利用一組線性預(yù)測(cè)公式集合，根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的前ρ個(gè)狀態(tài)值，來(lái) 預(yù)測(cè)當(dāng)前時(shí)刻下一時(shí)刻的通信信任度。
[0070]
(4)·
[0071 ]式中，Tfwd是數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)彳目任，Tdrp是丟包彳目任，Tfls是不確定因素彳目任;Wl，W2，W3是 權(quán)值J1UhE2U )，E3(t)是噪聲干擾;K1J2J3是常量，有時(shí)候?yàn)榱撕?jiǎn)化計(jì)算可以省略。采用 最小二乘法來(lái)確定W i的值，采用赤池信息量準(zhǔn)則來(lái)確定ρ的值，進(jìn)而得到節(jié)點(diǎn)在時(shí)刻t的信 任度。
[0072]由上述理論，得到如下綜合計(jì)算公式：
[0073]
(5)
[0074]式中參數(shù)ki，k2，···，k6是權(quán)值。Tfwdl,Tdrpl,Tflsl分別表不節(jié)點(diǎn)目前時(shí)刻的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn) 發(fā)信任，丟包信任和不確定因素信任。!^⑴力以認(rèn)^^⑴分別表示預(yù)測(cè)節(jié)點(diǎn)在時(shí)刻七的 數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)信任，丟包信任和不確定因素信任。結(jié)合SLF理論，設(shè)定b = Tfwd，d = Tdrp ,U = Tfis， 得到通信信任計(jì)算公式如下：
[0075]
(6)
[0076]例如，在初始狀態(tài)時(shí)，節(jié)點(diǎn)A有一跳鄰居節(jié)點(diǎn)B和C。節(jié)點(diǎn)A與B由于距離近等因素，所 以成功通信的數(shù)據(jù)包數(shù)量較多，計(jì)算得到的通信信任度較高，但由于網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性，由于擁 塞等情況的發(fā)生，導(dǎo)致A和B之間的信任度呈不斷降低的趨勢(shì)(0.9-0.8-0.7-0.6)。初始 狀態(tài)時(shí)，節(jié)點(diǎn)A和C之間由于距離遠(yuǎn)等因素，計(jì)算得到的通信信任度較低，但隨著網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞?因素的改變，A和C之間成功傳輸?shù)臄?shù)據(jù)呈不斷上升趨勢(shì)(0.3-0.4-0.5-0.6)。若僅用SLF 理論，則得到的節(jié)點(diǎn)A對(duì)B和C的通信信任都為0.6，則節(jié)點(diǎn)A會(huì)不確定將數(shù)據(jù)發(fā)給B或者C。利 用AR進(jìn)行預(yù)測(cè)，簡(jiǎn)化AR模型預(yù)測(cè)計(jì)算得到A對(duì)B的信任為0.5，A對(duì)C的信任為0.7，綜合歷史信 任和預(yù)測(cè)值，簡(jiǎn)化計(jì)算歷史信任和預(yù)測(cè)值各占1/2權(quán)值，得到A對(duì)B的通信信任為0.55，A對(duì)C 的通信信任為〇. 65。得到A對(duì)C的通信信任更大，A將把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給C。
[0077] 第2.2、在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等外部條件不變的情況下，節(jié)點(diǎn)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的能量消耗率 是基本穩(wěn)定的，或在一定的較小誤差范圍內(nèi)波動(dòng)。但是，如果節(jié)點(diǎn)是惡意節(jié)點(diǎn)，如某節(jié)點(diǎn)進(jìn) 行泛洪攻擊，那么發(fā)送大量數(shù)據(jù)包需要消耗較大的能量，則單位時(shí)間內(nèi)的能耗率較大。反 之，自私節(jié)點(diǎn)由于不進(jìn)行數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)，其能耗率較小。
[0078] 由能量消耗模型公式計(jì)算得出節(jié)點(diǎn)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)后的剩余能量，利用節(jié)點(diǎn)的剩 余能量計(jì)算其能量信任。能量信任計(jì)算公式如下：
[0079]
(7)：
[0080]式中，Elj是節(jié)點(diǎn)i的通信半徑內(nèi)第j個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余能量;Eave31j是節(jié)點(diǎn)i的通信 半徑內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)剩余能量的平均值A(chǔ)偽節(jié)點(diǎn)i的所有一跳鄰居節(jié)點(diǎn)j的總個(gè)數(shù);Θ為節(jié)點(diǎn)剩 余能量門限值。
[0081]由于移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性、拓?fù)鋭?dòng)態(tài)性等，節(jié)點(diǎn)的一跳鄰居總是不斷變化的， 應(yīng)該自適應(yīng)調(diào)整該門限值。設(shè)定門限值0 = %^，即節(jié)點(diǎn)i的通信半徑內(nèi)的所有鄰居節(jié)點(diǎn)平 2 均能量的一半作為門限值，這樣為每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)定自適應(yīng)的門限值，以確保各個(gè)節(jié)點(diǎn)的一跳 鄰居節(jié)點(diǎn)的生存時(shí)間更長(zhǎng)，從而保證了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間更長(zhǎng)。
[0082] 例如，節(jié)點(diǎn)i有5個(gè)單跳鄰居節(jié)點(diǎn)，且剩余能量分別為0.2、0.4、0.7、0.9和0.5。利用 上述公式計(jì)算得到各節(jié)點(diǎn)的能量信任分別為〇、〇.148、0.26、0.34和0.185。得到節(jié)點(diǎn)能量為 〇.9的能量信任最大。再如若有4個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)剩余能量分別為0.2、0.2、0.2和0.8,利用上述 公式計(jì)算得到節(jié)點(diǎn)能量信任分別為〇.143、0.143、0.143和0.57,得到節(jié)點(diǎn)能量為0.8的節(jié)點(diǎn) 能量信任最大。故上述公式能有效計(jì)算出各節(jié)點(diǎn)能量信任，選擇最可靠的節(jié)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 發(fā)節(jié)點(diǎn)，能有效延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)生存時(shí)間。
[0083] 綜合上述節(jié)點(diǎn)的通信信任和能量信任，當(dāng)源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)處于相互的通信半徑 范圍內(nèi)時(shí)，得出一跳模型中的節(jié)點(diǎn)之間的直接信任計(jì)算公式如下：
[0084]
[0085] ]為權(quán)值參數(shù)。
[0086]第3、推薦信任計(jì)算：
[0087]推薦信任的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖6所示，源節(jié)點(diǎn)A和目的節(jié)點(diǎn)B，且A與B在相互通信半徑范 圍內(nèi)。在兩節(jié)點(diǎn)通信半徑內(nèi)的所有公共鄰居節(jié)點(diǎn)中選出一組節(jié)點(diǎn)集合&，C2，…，Cn，其中A對(duì) C1的直接信任值要大于等于門限值0.5 ^接收由匕提供的對(duì)B的推薦信任度，但不是所有C1 對(duì)B的推薦信任度都可靠。為此提出利用推薦可靠性及推薦相似性對(duì)推薦信任度進(jìn)行評(píng)估。 [0088]第3.1、推薦可靠性計(jì)算
[0089] 在計(jì)算節(jié)點(diǎn)的推薦信任時(shí)，需要過(guò)濾掉惡意節(jié)點(diǎn)對(duì)目的節(jié)點(diǎn)的推薦信任。推薦信 任度差異值計(jì)算公式如下：
[0090]
(9)
[0091] 式中，RTi是第i個(gè)推薦節(jié)點(diǎn)Ci對(duì)目的節(jié)點(diǎn)B的推薦信任度，RTave3是CjIjC n對(duì)目的目 標(biāo)節(jié)點(diǎn)B的平均推薦信任度。
[0092] 由上述分析可以得到節(jié)點(diǎn)的推薦可靠性計(jì)算公式如下：
[0093] Trei = I-Diff (10)
[0094]例如，源節(jié)點(diǎn)A與目的節(jié)點(diǎn)B在相互的一跳通信范圍內(nèi)，且A從公共一跳鄰居節(jié)點(diǎn)C1 中獲得Ci對(duì)B的推薦信任。若A與B的公共鄰居節(jié)點(diǎn)為C1，C2，C 3。(^相的推薦信任為0.3，C^B 的推薦信任為〇.8，C3對(duì)B的推薦信任為0.4。計(jì)算可知，公共節(jié)點(diǎn)C1對(duì)目的節(jié)點(diǎn)B的平均推薦 信任度為(0.3+0.8+0.4)/3 = 0.5。因此CdtB的推薦可靠性為 1-( I 0·3-0·5| )/0.5 = 0.6，C2 對(duì)8的推薦可靠性為1-(|0.8-0.5|)/0.5 = 0.4,03對(duì)8的推薦可靠性為1-(|0.4-0.5|)/0.5 =0.8。節(jié)點(diǎn)C3對(duì)B的推薦可靠性最高，其次為心，最后為C 2。由于平均推薦信任為0.5，C3對(duì)B 的推薦信任〇. 4最接近于平均值0.5，根據(jù)隨機(jī)數(shù)的正態(tài)分布特性，越接近于期望值的數(shù)，其 可靠性越高。
[0095] 第3.2、推薦相似性計(jì)算
[0096] 基于源節(jié)點(diǎn)對(duì)推薦節(jié)點(diǎn)的信任度越高，并非推薦節(jié)點(diǎn)對(duì)目的節(jié)點(diǎn)的推薦信任度越 可靠的情況，引入節(jié)點(diǎn)推薦相似性，計(jì)算公式如下：
[0097]
(11)
[0098] 式中，是推薦節(jié)點(diǎn)C1與目的節(jié)點(diǎn)B之間成功通信的數(shù)據(jù)包數(shù)量；M〃〃r是節(jié)點(diǎn) C1與其他節(jié)點(diǎn)成功通信的數(shù)據(jù)包數(shù)量總和;+是調(diào)節(jié)因子，表示節(jié)點(diǎn)B和節(jié)點(diǎn)C1相關(guān)程度， Mci 表示節(jié)點(diǎn)B和節(jié)點(diǎn)C1的公共一跳鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；&^表示節(jié)點(diǎn)匕的所有一跳鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè) 數(shù)。
[0099] 例如，源節(jié)點(diǎn)A與目的節(jié)點(diǎn)B在彼此一跳通信范圍內(nèi)，且A從公共一跳鄰居節(jié)點(diǎn)匕獲 得CdiB的推薦信任。若(^與8通信數(shù)據(jù)包數(shù)量為200,與其所有一跳鄰居節(jié)點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)包 總數(shù)為1000,與B的公共鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為4,其一跳鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)為7,得到CdtB的推薦相似性 為(200/1000) X (4/7) = 0.11。若(：2與8通信數(shù)據(jù)包為400,與其所有一跳鄰居節(jié)點(diǎn)通信的數(shù) 據(jù)包為1000,與B的公共鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)為4,其一跳鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)為7,得到CdiB的推薦相似性為 (400/1000) X (4/7) =0.23。若C3與B的通信數(shù)據(jù)包為200,與其所有一跳鄰居節(jié)點(diǎn)通信的數(shù) 據(jù)包為1000,與B的公共鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)為6,其一跳鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)為7,得到C 3對(duì)B的推薦相似性為 (200/1000) X (6/7) =0.17。若C4與B的通信數(shù)據(jù)包為400,與其所有一跳鄰居節(jié)點(diǎn)通信的數(shù) 據(jù)包為1000,與B的公共鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)為6,其一跳鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)為7,得到C 4對(duì)B的推薦相似性為 (400/1000) X (6/7) = 0.34。由上述分析證明得出，當(dāng)推薦節(jié)點(diǎn)C1和目的節(jié)點(diǎn)B通信數(shù)據(jù)包 數(shù)量較大，或者當(dāng)推薦節(jié)點(diǎn)C 1和目的節(jié)點(diǎn)B的公共鄰居節(jié)點(diǎn)較多時(shí)，推薦節(jié)點(diǎn)對(duì)目的節(jié)點(diǎn)的 推薦值越相近，對(duì)于該例，&與(：3對(duì)目的節(jié)點(diǎn)B的推薦值最相近。
[0101]
[0100] 基于節(jié)點(diǎn)六對(duì)匕的直接信任％，節(jié)點(diǎn)CdiB的推薦信任?，以及推薦可靠性Trel，推 薦相似性Tfam，得到推薦信任的計(jì)算公式如下：
(12)
[0102] 第4、單跳模塊中綜合直接信任計(jì)算：
[0103] 當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)在彼此的通信范圍內(nèi)時(shí)，進(jìn)行單跳模塊的信任計(jì)算。且當(dāng)兩節(jié)點(diǎn)之間 通信的數(shù)據(jù)包數(shù)量大于等于門限值時(shí)，只進(jìn)行直接信任的計(jì)算；當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間通信的數(shù) 據(jù)包數(shù)量小于門限值時(shí)，需要考慮單跳通信范圍內(nèi)公共鄰居節(jié)點(diǎn)對(duì)目的節(jié)點(diǎn)的推薦信任。 單跳信任模塊中的節(jié)點(diǎn)綜合直接信任計(jì)算公式如下：
[0104] (13)
[0105] 式中，h為源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間通信數(shù)據(jù)包的數(shù)量，H為通信數(shù)據(jù)包數(shù)量門限值。 W1，W2為調(diào)節(jié)參數(shù)，調(diào)節(jié)直接信任和推薦信任的比例
其中β (j)e[0，l]，即節(jié)點(diǎn)j的活躍度，反映了節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的活躍程度，活躍度越高，表示與j成 功交互的節(jié)點(diǎn)越多，說(shuō)明j有較高的可信度。函數(shù)iKj)的計(jì)算公式如下：
[0106]
(14)
[0107] 式中，Lj表示源節(jié)點(diǎn)i和目的節(jié)點(diǎn)j的公共鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，IUcltal表示節(jié)點(diǎn)j的通信半 徑內(nèi)的所有一跳鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)
；為一個(gè)大于〇的任意常數(shù)，用于控制Φ (X) 趨于1的速度。因此節(jié)點(diǎn)活躍度β (j)由變量Lj和ntotai共同決定，與該節(jié)點(diǎn)交易的其他節(jié)點(diǎn)個(gè) 數(shù)越多，則iKj)值越大。
[0108] 由上述可得，單跳信任模塊中節(jié)點(diǎn)的綜合直接信任計(jì)算公式如下：
[01091
[0110] 第5、多跳模塊中間接信任計(jì)算：
[0111] 當(dāng)源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)不在彼此的通信范圍內(nèi)時(shí)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)之間信任度的傳播特 性，進(jìn)行間接信任度計(jì)算。節(jié)點(diǎn)之間間接信任結(jié)構(gòu)圖如圖7所示。選擇最佳路徑節(jié)點(diǎn)時(shí)需要 考慮節(jié)點(diǎn)位置信息、能量信息和信任度等因素。在建立信任傳播路徑之后，所有路徑上的節(jié) 點(diǎn)都進(jìn)行信任度的傳播。由于網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性等特點(diǎn)，需要綜合考慮信 任度在網(wǎng)絡(luò)中傳播距離因素，信任度的傳播距離計(jì)算公式如下：
[0112]
(16)
[0113] 式中η是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲泄?jié)點(diǎn)總個(gè)數(shù)，k是網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)一跳鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的平均 值。由上述理論，得到節(jié)點(diǎn)之間間接信任的計(jì)算公式如下：
[0114] (17)
[0115] (18)
[0116] 式中 『點(diǎn)Ci+1對(duì)目的節(jié)點(diǎn)B的間接信任，對(duì)其一跳鄰居節(jié)點(diǎn) C1的綜合直接 是節(jié)點(diǎn)(^相的間接信任。當(dāng)?shù)竭_(dá)目的節(jié)點(diǎn)時(shí)，例如節(jié)點(diǎn)C1是目 的節(jié)點(diǎn)B的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)，則兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)CdiB的間接信任計(jì)算依賴于節(jié)點(diǎn)(：2對(duì)&的直接 信任，以及C1對(duì)目的節(jié)點(diǎn)B的推薦信任。
[0117]第6、信任值更新：
[0118] 由于網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋭?dòng)態(tài)性和自組織性，節(jié)點(diǎn)會(huì)隨機(jī)地加入或離開(kāi)，需要對(duì)節(jié)點(diǎn)之間 的信任度進(jìn)行周期性更新。頻繁的更新會(huì)消耗較多的能量，不利于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞恼w生 存時(shí)間;過(guò)長(zhǎng)的更新周期，更新計(jì)算所得的信任度不能較準(zhǔn)確反映當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的信任度。信任 度更新計(jì)算公式如下：
[0119] T(n+1) =Wl X Tl+W2 X T2+* * *+Wn X Tn (19)
[0120] 式中T1J2r-，?η為各個(gè)節(jié)點(diǎn)的歷史信任度，權(quán)重系數(shù)w則利用基于IOWA方法計(jì)算。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.面向移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境的信任測(cè)度方法，其特征在于該方法主要包括如下關(guān)鍵步 驟： 第1、信任模型結(jié)構(gòu)： 第1. 1、當(dāng)源節(jié)點(diǎn)要得到目的節(jié)點(diǎn)的信任度時(shí)，首先依據(jù)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)位置，計(jì)算兩節(jié)點(diǎn)之 間的距離，若計(jì)算所得結(jié)果距離小于等于節(jié)點(diǎn)的通信半徑，激活單跳信任模塊； 第1.2、當(dāng)源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的距離大于通信半徑時(shí)，利用其它節(jié)點(diǎn)來(lái)建立路徑，依賴 該路徑上節(jié)點(diǎn)對(duì)目的節(jié)點(diǎn)的直接或間接信任，以及信任傳播的性質(zhì)，計(jì)算得到源節(jié)點(diǎn)對(duì)目 的節(jié)點(diǎn)的間接信任； 第1.3、由于移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的拓?fù)鋭?dòng)態(tài)性、自組織性等特點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)會(huì)不斷地加入和退出網(wǎng) 絡(luò)，所以要對(duì)節(jié)點(diǎn)之間的信任度進(jìn)行實(shí)時(shí)更新； 第2、直接信任計(jì)算： 第2.1、利用成功通信的數(shù)據(jù)包的數(shù)量計(jì)算通信信任； 第2.2、由能量消耗模型公式計(jì)算得出節(jié)點(diǎn)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)后的剩余能量，進(jìn)而計(jì)算其 能量信任； 第3、推薦信任計(jì)算： 第3.1、在計(jì)算節(jié)點(diǎn)的推薦信任時(shí)，并不是所有公共節(jié)點(diǎn)對(duì)目的節(jié)點(diǎn)的推薦信任都可 靠，需要過(guò)濾掉惡意節(jié)點(diǎn)對(duì)目的節(jié)點(diǎn)的推薦信任； 第3.2、事實(shí)上，源節(jié)點(diǎn)對(duì)推薦節(jié)點(diǎn)的信任度越高，并非推薦節(jié)點(diǎn)對(duì)目的節(jié)點(diǎn)的推薦信 任度越可靠，因此引入節(jié)點(diǎn)推薦相似性； 第4、單跳模塊中綜合直接信任計(jì)算： 當(dāng)兩節(jié)點(diǎn)間通信的數(shù)據(jù)包數(shù)量大于等于門限值時(shí)，只進(jìn)行直接信任的計(jì)算；當(dāng)兩節(jié)點(diǎn) 間通信的數(shù)據(jù)包數(shù)量小于門限值時(shí)，需要考慮單跳通信范圍內(nèi)公共鄰居節(jié)點(diǎn)對(duì)目的節(jié)點(diǎn)的 推薦信任； 第5、多跳模塊中間接信任計(jì)算： 移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)是多跳網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)不在彼此的通信范圍內(nèi)時(shí)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)之 間信任度的傳播特性，綜合考慮信任度在網(wǎng)絡(luò)中傳播距離因素，進(jìn)行間接信任測(cè)度； 第6、信任值更新： 由于網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋭?dòng)態(tài)性、自組織性等特點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)會(huì)隨機(jī)地加入或離開(kāi)，需要對(duì)節(jié)點(diǎn)之間 的信任度進(jìn)行周期性更新。
【文檔編號(hào)】H04L12/24GK105915545SQ201610409303
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年6月12日
【發(fā)明人】張德干, 周舢, 趙德新, 馬振
【申請(qǐng)人】天津理工大學(xué)