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初研網(wǎng)絡(luò)信任指數(shù)的構(gòu)想與算法

前言:想要寫出一篇引人入勝的文章?我們特意為您整理了初研網(wǎng)絡(luò)信任指數(shù)的構(gòu)想與算法范文,希望能給你帶來靈感和參考,敬請閱讀。

初研網(wǎng)絡(luò)信任指數(shù)的構(gòu)想與算法

1基于信任管理的模型

1.1網(wǎng)格點(diǎn)信任模型

網(wǎng)格點(diǎn)是虛擬網(wǎng)格剖分目標(biāo)區(qū)域形成的,即劃分網(wǎng)格時(shí)的橫縱坐標(biāo)的交叉點(diǎn)。通過以網(wǎng)格點(diǎn)為圓心,以節(jié)點(diǎn)通信半徑為半徑內(nèi)的活躍節(jié)點(diǎn)(信任度超過節(jié)點(diǎn)信任閾值的節(jié)點(diǎn))對網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行并行覆蓋,經(jīng)過量化,最終得到網(wǎng)格點(diǎn)的信任度。本模型基于以下假設(shè):通過某種定位算法可以得到無線傳感器節(jié)點(diǎn)和和網(wǎng)格點(diǎn)的位置,即這些點(diǎn)的坐標(biāo)值。虛擬網(wǎng)格的尺寸限制于min(2/4Rc,2/2Rs),即每個(gè)網(wǎng)格的邊長。節(jié)點(diǎn)的信任度是基于某個(gè)信任管理模型量化出來的,相關(guān)過程具體內(nèi)容本文中不再討論。為了接下來對模型的描述更加方便,我們定義了一些符號:Tmin:節(jié)點(diǎn)信任度閾值,信任度低于該閾值的節(jié)點(diǎn)被判定為惡意節(jié)點(diǎn)。(該閾值是由所選信任管理模型,節(jié)點(diǎn)數(shù)量等因素決定)Tmax:網(wǎng)格點(diǎn)聯(lián)合信任閾值,若網(wǎng)格點(diǎn)信任度量化后低于該閾值則不能保證覆蓋區(qū)域的質(zhì)量和安全性。(該閾值由周圍工作節(jié)點(diǎn)的數(shù)量以及他們的信任度等因素決定)Na:表示為惡意節(jié)點(diǎn),節(jié)點(diǎn)的信任度低于Tmin。Nb:表示為休眠節(jié)點(diǎn),節(jié)點(diǎn)的信任度雖然高于Tmin,但是經(jīng)過輪換調(diào)度算法最終被判定為冗余的節(jié)點(diǎn)。Nc:表示為工作節(jié)點(diǎn),節(jié)點(diǎn)的信任度高于Tmin,并且經(jīng)過輪換調(diào)度算法活躍的節(jié)點(diǎn)。Rc:節(jié)點(diǎn)通信半徑。Rs:節(jié)點(diǎn)感知半徑。具體的選擇工作節(jié)點(diǎn)的過程,將在接下來基于網(wǎng)格信任度的節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)輪換調(diào)度算法的描述中講到。以網(wǎng)格點(diǎn)為圓心,Rs為半徑范圍內(nèi)的活躍的工作節(jié)點(diǎn)對網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行量化處理,得到該網(wǎng)格點(diǎn)的聯(lián)合信任度。如果所有網(wǎng)格點(diǎn)的信任度都高于信任度閾值Tmax,說明該覆蓋區(qū)域已經(jīng)達(dá)到了高覆蓋度和安全度的要求。如果有網(wǎng)格點(diǎn)的信任度低于閾值Tmax,說明達(dá)不到安全的高覆蓋度要求,則需要重新對達(dá)不到要求的網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行調(diào)度。

1.2網(wǎng)格點(diǎn)信任度數(shù)學(xué)模型

為了使網(wǎng)格點(diǎn)的感知半徑內(nèi)能夠具有更好的安全性,要求感知半徑內(nèi)一半以上的工作節(jié)點(diǎn)正常工作的概率大于網(wǎng)格點(diǎn)信任度閾值Tmax,這樣才能保證網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)作。假設(shè)網(wǎng)格點(diǎn)Wij的感知半徑內(nèi)有n個(gè)比較可信任的節(jié)點(diǎn)(超過節(jié)點(diǎn)信任閾值Tmin的節(jié)點(diǎn)),信任度分別為T1,T2,T3….Tn,即信任度集合S={T1,T2,T3….Tn}。Smk表示所有感知錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)信任度組成的集合,其中m表示感知錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)數(shù)量,k表示其中一種可能性。例如,S21={T1,T2}代表感知錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)有兩個(gè),{T1,T2}是錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)的其中一種可能性。則網(wǎng)格點(diǎn)的信任度數(shù)學(xué)模型為:12()111(1)mkmkknnnijTSTSSmkCTwTTT(1)其中,T表示感知錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)的信任度,T表示正常工作節(jié)點(diǎn)的信任度,)T(SSmkT為所有感知正確節(jié)點(diǎn)的信任度的乘積,S-Smk為該網(wǎng)格點(diǎn)感知半徑內(nèi)正常工作節(jié)點(diǎn)的信任度組成的集合。只有所有覆蓋目標(biāo)區(qū)域網(wǎng)格點(diǎn)的信任度都達(dá)到閾值Tmax,才能表明這是一個(gè)安全的覆蓋,即:maxmax,,ijijsuccessTwTfailTwT(2)1.3信任閾值的分析與討論節(jié)點(diǎn)信任度閾值Tmin的大小對信任模型有很大影響,下面對可能出現(xiàn)的幾種情況進(jìn)行討論:

(1)節(jié)點(diǎn)信任度閾值Tmin過低。信任度過低的節(jié)點(diǎn)加入到模型中,會(huì)導(dǎo)致需要加入更多的高信任度節(jié)點(diǎn)以保證網(wǎng)絡(luò)的安全性。這樣不僅要額外的增加大量的節(jié)點(diǎn),還造成了能量浪費(fèi)。閾值過低還可能導(dǎo)致永遠(yuǎn)無法達(dá)到模型要求的Tmax的標(biāo)準(zhǔn)。

(2)節(jié)點(diǎn)信任度閾值Tmin過高。閾值Tmin過高,可能導(dǎo)致可以選擇的工作節(jié)點(diǎn)過少,或者在網(wǎng)格點(diǎn)的感知半徑甚至沒有一個(gè)達(dá)到Tmin標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)點(diǎn)。由此可見,節(jié)點(diǎn)信任度閾值在選擇上要經(jīng)過多方考慮,過高或過低都會(huì)帶來對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)不利的結(jié)果。

2基于網(wǎng)格信任度的節(jié)點(diǎn)

當(dāng)(a)中的其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)的信任度由0.8下降到0.7時(shí),在新的運(yùn)行周期(b)內(nèi),經(jīng)過調(diào)度算法,網(wǎng)格點(diǎn)的感知區(qū)域內(nèi)增加了一個(gè)新的信任度為0.9的節(jié)點(diǎn),以達(dá)到要求的標(biāo)準(zhǔn)。在圖(a)中,節(jié)點(diǎn)n5和節(jié)點(diǎn)n6的整個(gè)傳感區(qū)域都可以被相鄰的鄰居節(jié)點(diǎn)所代替覆蓋。如果二者分別都感知到自身滿足休眠條件后,進(jìn)入休眠狀態(tài),會(huì)導(dǎo)致覆蓋區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)盲點(diǎn)。為了避免出現(xiàn)覆蓋盲點(diǎn)的狀況,本文提出了基于信任度的退避算法。以上圖為例,經(jīng)過一段隨機(jī)的時(shí)間后(算法設(shè)計(jì)中介紹隨機(jī)時(shí)間選擇方法),如果該隨機(jī)時(shí)間相同,說明二者信任度相同,選擇編號高的節(jié)點(diǎn);如果隨機(jī)時(shí)間不同,直接選擇時(shí)間短的,既為信任值高的節(jié)點(diǎn)。自適應(yīng)輪換調(diào)度算法描述本節(jié)我們首先了分析算法需要滿足的條件,然后設(shè)計(jì)了一種基于網(wǎng)格信任度的覆蓋算法來調(diào)度傳感節(jié)點(diǎn),使得監(jiān)控區(qū)域能夠達(dá)到安全的高覆蓋率。盡可能選取最少的工作節(jié)點(diǎn)來保證網(wǎng)絡(luò)的高覆蓋度,延長整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的壽命。算法應(yīng)該是完全分布式,在信任管理的基礎(chǔ)上,基于鄰居節(jié)點(diǎn)的信息進(jìn)行決策。選取工作節(jié)點(diǎn)的過程應(yīng)該考慮到節(jié)點(diǎn)的信任度,盡量調(diào)度信任度高的節(jié)點(diǎn),有利于提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的的安全度。所選取的工作節(jié)點(diǎn)應(yīng)該在覆蓋區(qū)域內(nèi)均勻分布。

3算法

基于網(wǎng)格信任度的可靠覆蓋機(jī)制,要求虛擬網(wǎng)格中存在著若干個(gè)處于正常狀態(tài)的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)監(jiān)控著目標(biāo)區(qū)域,而讓其余節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài),達(dá)到既保持覆蓋質(zhì)量又能延長網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間的效果。網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間被劃分為多個(gè)不同的時(shí)間段,每一個(gè)時(shí)間段內(nèi)又分為節(jié)點(diǎn)調(diào)度階段和工作兩個(gè)階段,調(diào)度階段也是通過與鄰居節(jié)點(diǎn)交換信息,根據(jù)信任度和節(jié)點(diǎn)位置來選擇節(jié)點(diǎn)。本文所提出的覆蓋算法是一種完全分布式算法,要求把對整個(gè)覆蓋區(qū)域的的覆蓋拆分成對覆蓋區(qū)域內(nèi)每一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的覆蓋,最終達(dá)到相同的或者更高的覆蓋效果。該覆蓋算法不僅要解決信任管理和覆蓋相結(jié)合的問題,還要考慮活動(dòng)節(jié)點(diǎn)的信任度變化對覆蓋區(qū)域的影響,以及基于信任度的退避機(jī)制設(shè)計(jì)問題。在對網(wǎng)絡(luò)覆蓋過程中,每經(jīng)過一個(gè)周期,相關(guān)工作節(jié)點(diǎn)的信任度都可能出現(xiàn)變化。如果有節(jié)點(diǎn)的信任度變小,會(huì)導(dǎo)致對網(wǎng)格點(diǎn)的信任覆蓋達(dá)不到Tmax的標(biāo)準(zhǔn)。需要在新的周期開始直接增加工作節(jié)點(diǎn),以保證網(wǎng)絡(luò)可靠性。

作者:小龍 林亞平 易葉青 單位:廣州無線電臺有限公司

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