本發(fā)明涉及一種網(wǎng)絡安全數(shù)據(jù)融合方法，特別是涉及一種基于動態(tài)分割技術的安全數(shù)據(jù)融合方法。
背景技術：
無線傳感器網(wǎng)絡（wirelesssensornetwork，wsn）是由部署在監(jiān)測區(qū)域的資源受限節(jié)點通過無線通信的方式形成的多跳自組織網(wǎng)絡。數(shù)據(jù)融合技術是無線傳感器網(wǎng)絡的關鍵技術之一，它可以去除網(wǎng)絡中的冗余信息，減少數(shù)據(jù)傳輸量，從而有效地提高整個網(wǎng)絡的能量和帶寬效率。然后，無線傳感器節(jié)點的計算能力、存儲能力和能量供應都非常有限，且所有的節(jié)點都通過無線自組織的方式形成網(wǎng)絡。因此，無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)融合過程極易受到各種類型的攻擊。攻擊者可以通過竊聽的方式來獲得網(wǎng)絡中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，或者俘獲網(wǎng)絡中的合法節(jié)點，并冒充該節(jié)點向網(wǎng)絡中注入虛假信息，致使基站獲得錯誤的融合結果，進而對網(wǎng)絡產(chǎn)生錯誤的判斷。傳統(tǒng)的安全數(shù)據(jù)融合方案大多從機密性性和完整性兩個方面為融合中的數(shù)據(jù)提供安全保障。但是這些方案存在安全等級低、能量開銷大等問題。針對這些問題，從提高網(wǎng)絡安全等級和降低網(wǎng)絡能量消耗方面發(fā)明了一種基于動態(tài)分割技術的安全數(shù)據(jù)融合方法。
smart(slice-mix-aggregate）安全數(shù)據(jù)融合方案在2007年由w.b.he等人提出，該方案首次將數(shù)據(jù)分割混合技術引入到無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)融合安全問題的研究中，為數(shù)據(jù)融合過程中的數(shù)據(jù)隱私性提供保護。smart方案雖然具備了很好的數(shù)據(jù)隱私保護性能，但在其他方面還是存在著一些不足，影響了方案的實用性。首先，其數(shù)據(jù)隱私保護機制在數(shù)據(jù)分割階段產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)切片分發(fā)行為將導致節(jié)點間的數(shù)據(jù)通信量大倍上升，進而降低了節(jié)點的工作壽命。根據(jù)smart方案中提出的隱私數(shù)據(jù)暴露概率公式可知，該方案的隱私保護性能與數(shù)據(jù)切片數(shù)j成正比，這就導致系統(tǒng)為了獲得更好的網(wǎng)絡安全性能，必須在網(wǎng)絡工作壽命上做出一定程度的妥協(xié)。其次，數(shù)據(jù)傳輸里的増加也導致數(shù)據(jù)傳輸碰撞、延遲、誤碼等情況的發(fā)生概率上升，并最終影響到數(shù)據(jù)融合結果的準確性和數(shù)據(jù)融合效率。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種基于動態(tài)分割技術的安全數(shù)據(jù)融合方法，該發(fā)明是針對smart方案高耗能、安全性低的特點所提出的一種低能耗安全數(shù)據(jù)融合方法。該方法通過對數(shù)據(jù)包的合理地動態(tài)分片發(fā)送，可以有效降低能耗，延長網(wǎng)絡生命周期，增強隱私保護性，提高數(shù)據(jù)融合精度。
本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：
一種基于動態(tài)分割技術的安全數(shù)據(jù)融合方法，所述方法包括以下過程：
無線傳感器網(wǎng)絡被抽象為連通圖g(v，e)，采用樹型融合網(wǎng)絡拓撲，網(wǎng)絡中所有節(jié)點被分為3種類型:bs(basestation)節(jié)點、融合(aggregatornode)節(jié)點和葉子節(jié)點(leafnode)，其中bs位于樹型融合網(wǎng)絡的頂端，融合節(jié)點和葉節(jié)點分布在網(wǎng)絡的底層，bs節(jié)點得到最終的數(shù)據(jù)融合結果；融合節(jié)點把從子節(jié)點所接收的數(shù)據(jù)進行融合操作之后向上傳遞給其父節(jié)點；葉子節(jié)點只負責采集數(shù)據(jù)并傳給父節(jié)點；所以，定義數(shù)據(jù)融合函數(shù)為：
表示節(jié)點i在t時刻采集到的數(shù)據(jù)；典型的數(shù)據(jù)融合函數(shù)，比如count、average、max、min等化簡為sum函數(shù)，因此，以sum函數(shù)為研究對象，記
包括建立融合樹階段、數(shù)據(jù)混合階段、數(shù)據(jù)融合階段、數(shù)據(jù)融合階段。
所述的一種基于動態(tài)分割技術的安全數(shù)據(jù)融合方法所述方法v表示傳感器節(jié)點集，|v|=n表示傳感器節(jié)點數(shù)量，邊e代表傳感器節(jié)點的通信鏈路。
本發(fā)明的優(yōu)點與效果是：
本發(fā)明一種基于數(shù)據(jù)重要性的動態(tài)分割技術的安全融合方法。通過對數(shù)據(jù)的重要性不同而動態(tài)分片發(fā)送，既降低了數(shù)據(jù)通訊量，提高了數(shù)據(jù)融合精度，減少能耗，延長了網(wǎng)絡生命周期，同時也提高了數(shù)據(jù)的隱私保護性，有效解決了smart算法的不足。
附圖說明
圖1為數(shù)據(jù)融合sum函數(shù)圖。
具體實施方式
下面結合實施例對本發(fā)明進行詳細說明
動態(tài)分割技術的思想在smart方案中，節(jié)點不考慮所感知信息是否重要，將所有的信息都切割成3片，有時會將不重要的數(shù)據(jù)分片（3片）過多，消耗多余能量；而對一些極為重要的數(shù)據(jù)分片過少，使重要數(shù)據(jù)隱私保護性低，容易導致隱私數(shù)據(jù)泄露。
針對此種情況，提出了基于數(shù)據(jù)重要性的動態(tài)分割的安全數(shù)據(jù)融合方案d-smart算法，該方案將所感知的數(shù)據(jù)按照其重要性程度分為三級，按照數(shù)據(jù)級別動態(tài)分片發(fā)送，對不重要的數(shù)據(jù)少分片，對重要數(shù)據(jù)多分片，即普通數(shù)據(jù)（不分割）、重要數(shù)據(jù)（分割三片）、保密數(shù)據(jù)（分割5片）。該方案改進了smart方案在數(shù)據(jù)傳輸量和數(shù)據(jù)融合精確度方面的缺點，優(yōu)化了樹形融合網(wǎng)絡的構建方式，在提供了數(shù)據(jù)隱私保護的同時，降低了傳感器節(jié)點的通信開銷和計算負載，延長了網(wǎng)絡壽命。
動態(tài)分片標準，通過對傳感器節(jié)點所感知的隨機變量和其均值之間的偏離程度的大小，來確定感知數(shù)據(jù)的重要性程度進而進行動態(tài)的分片。假設傳感器節(jié)點在單位時間t內采集x個溫度值，則可以設：
通過
實施步驟
無線傳感器網(wǎng)絡被抽象為連通圖g(v，e)，其中，v表示傳感器節(jié)點集，|v|=n表示傳感器節(jié)點數(shù)量，邊e代表傳感器節(jié)點的通信鏈路。采用樹型融合網(wǎng)絡拓撲，網(wǎng)絡中所有節(jié)點被分為3種類型:bs(basestation)節(jié)點、融合(aggregatornode)節(jié)點和葉子節(jié)點(leafnode)，其中bs位于樹型融合網(wǎng)絡的頂端，融合節(jié)點和葉節(jié)點分布在網(wǎng)絡的底層，bs節(jié)點得到最終的數(shù)據(jù)融合結果;融合節(jié)點把從子節(jié)點所接收的數(shù)據(jù)進行融合操作之后向上傳遞給其父節(jié)點;葉子節(jié)點只負責采集數(shù)據(jù)并傳給父節(jié)點.所以，我們定義數(shù)據(jù)融合函數(shù)為：
表示節(jié)點i在t時刻采集到的數(shù)據(jù)(如圖1所示).有很多典型的數(shù)據(jù)融合函數(shù)，比如count、average、max、min等都可以化簡為sum函數(shù)，因此本發(fā)明以sum函數(shù)為研究對象，記
見圖1數(shù)據(jù)融合sum函數(shù)圖。
建立融合樹階段：
（1）bs節(jié)點向網(wǎng)絡下層節(jié)點全局廣播hello消息來進行子節(jié)點的招募，任何節(jié)點在接收到hello消息之后，向發(fā)送者回復join_request消息來申請成為其子節(jié)點。若該節(jié)點已經(jīng)有父節(jié)點，則不回復。若一個節(jié)點同時收到多個hello消息，則隨機選擇一個發(fā)送者來回復子節(jié)點申請消息，發(fā)送者在收到join_accept消息后確認其節(jié)點關系。
（2）系統(tǒng)預設值pa決定網(wǎng)絡中任意節(jié)點成為融合節(jié)點的概率，即假設網(wǎng)絡中的總節(jié)點數(shù)為n，其中融合節(jié)點數(shù)量為n*pa其他n*（1-pa）個節(jié)點均為葉節(jié)點。融合節(jié)點將繼續(xù)向下層鄰節(jié)點廣播"hello"消息來招募子節(jié)點。當網(wǎng)絡中的子節(jié)點招募行為全部結束時，即認為融合樹的構建完成。
數(shù)據(jù)混合階段：
節(jié)點將接受到的數(shù)據(jù)切片解密后與其本地存儲的原始切片進行混合運算，生成新的數(shù)據(jù)包。設ab為節(jié)點b進行混合運算后生成的新數(shù)據(jù)包，ub表示所有向節(jié)點b發(fā)送數(shù)據(jù)切片的節(jié)點編號集合，則切片混合運算表達式定義為：
數(shù)據(jù)融合階段：
葉節(jié)點對所生成的數(shù)據(jù)包使用共享密鑰來加密，加密之后將密文數(shù)據(jù)包發(fā)送至融合節(jié)點，融合節(jié)點等待一段時間，以接受其所有子節(jié)點發(fā)送的密文數(shù)據(jù)。融合節(jié)點將密文數(shù)據(jù)解密后進行融合運算，然后將融合結果加密后繼續(xù)發(fā)送至基站，當所有密文數(shù)據(jù)都到達基站后，基站用共享密鑰對密文解密，得到最后數(shù)據(jù)融合結果。