基于分层信任管理的无线传感器网络信任模型

摘要

随着微电子、无线通信技术的日趋成熟，无线传感器网络技术也得到快速发展。而在无线传感器网络广泛应用的同时，其所受到的安全威胁也越来越多。传统的基于密码机制的安全防御体系只能在一定程度上应对外部安全威胁；网络中不能平衡节点能耗成为制约无线传感器网络应用的瓶颈；无线传感器网络中的自私节点是其所特有的内部安全威胁。这些都是无线传感器网络需要解决的问题。
　　 信任模型是近年来无线传感器网络安全领域的研究热点，是对密码防御体系的补充。信任模型在很大程度上应对了无线传感器网络的安全威胁，但传统的信任模型中有考虑的信任因素较为单一的问题，造成对网络中节点的可信评价不够客观、全面。信任管理采取或集中或分散的方式，存在信任管理方式不够灵活的缺点。
　　 在对国内外关于无线传感器网络信任模型进行深入研究的基础上，本文提出了一种基于分层信任管理的无线传感器网络信任模型。该信任模型主要适用于层次型无线传感器网络。簇内节点和簇头节点先选择不同的信任因素，再利用各自的信誉度计算模型得出节点的信誉度，最后利用相应的信任管理方式来实现基于分层信任管理的无线传感器网络信任模型。
　　 节点在通信过程中正确传输数据是无线传感器网络应用的基础，所以选择通信信任作为簇内节点的信任因素；由于节点的能量因素是无线传感器网络应用的制约因素，所以选择能量信任作为簇内节点的信任因素；同一簇内节点传输的数据具有相关性，同一节点传输的数据具有前后一致性，数据一致性是判断节点正常工作的重要因素，所以将数据一致性也作为簇内节点的信任因素。簇头节点将选择通信信任、能量信任作为信任因素。
　　 簇内节点的信誉度是由通信信誉度、能量信誉度、数据一致性信誉度加权综合得出的。簇头节点的信誉度利用通信信誉度、能量信誉度加权综合得出。在此基础上，结合信誉度计算模型，采取在给定的时间段内对节点信誉度进行信誉度更新的措施，并且引入了惩罚和奖励机制。对始终活动频繁的节点，采取降低其信誉度的惩罚机制，减少其参加数据传递的几率。增加低竞争力节点信誉度，提高参加数据传递的几率。簇头节点负责对簇内节点信任管理。簇头节点之间协同完成信任管理。通过这些机制和措施使网络更加健壮、可信。
　　 仿真实验表明，基于分层信任管理的无线传感器网络信任模型能够应对多种安全威胁，具有很好的健壮性。在与传统信任模型的对比实验中，新模型能更加准确、客观地得出节点的信誉度，延长网络的生存时间。同时，由于引入了惩罚和奖励机制，模型能够应对网络的内部威胁，提高网络的稳定性。