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Josang信任模型的物联网感知层安全数据融合方法

更新时间:2019-12-21 11:29:43 大小:2M 上传用户:xiaohei1810查看TA发布的资源 标签:物联网 下载积分:1分 评价赚积分 (如何评价?) 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

物联网感知层通常涉及大量传感器节点的运用,具有节点资源有限、分布广泛、无人值守、数据冗余、攻击容易等特点,实施安全数据融合是其必然选择。为了保障物联网感知层数据融合结果的真实性与可靠性,建立了一种结合数据预处理与节点信誉度评价的安全数据融合模型,利用粗大误差理论将明显偏离正常数据(或真值)的异常数据予以识别和剔除,基于概率统计理论计算和更新节点信誉度,只允许来源于高信誉度的节点数据参与数据融合,以Josang信任模型形成对数据融合结果的评价。仿真实验结果表明,该模型不仅有助于确保物联网感知层数据融合结果真实性与可靠性,而且基于粗大误差的数据预处理方法可减少数据融合的计算量,降低对传感器节点资源的需求。

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28 卷 第 期  
2016 12 月  
重 庆 邮 电 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 )  
Vol. 28ꢀ No. 6  
Dec. 2016  
Journal of Chongqing University of Posts and TelecommunicationsNatural Science Edition)  
DOI1 0. 3979 / j. issn. 1 673825X. 201 6. 06. 021  
Josang 信 任 模 型 的 物 联 网 感 知 层 安 全 数 据 融 合 方 法  
魏 琴 芳 , 程 利 娜 , 付 俊 , 胡 向 东  
1 . 重 庆 邮 电 大 学 通 信 与 信 息 工 程 学 院 , 重 庆 4000652. 中 国 移 动 研 究 院 , 北 京 1 00033;  
3. 重 庆 邮 电 大 学 自 动 化 学 院 , 重 庆 400065)  
要 : 物 联 网 感 知 层 通 常 涉 及 大 量 传 感 器 节 点 的 运 用 , 具 有 节 点 资 源 有 限 、 分 布 广 泛 、 无 人 值 守 、 数 据 冗 余 、 攻 击  
容 易 等 特 点 , 实 施 安 全 数 据 融 合 是 其 必 然 选 择 。 为 了 保 障 物 联 网 感 知 层 数 据 融 合 结 果 的 真 实 性 与 可 靠 性 , 建 立 了  
一 种 结 合 数 据 预 处 理 与 节 点 信 誉 度 评 价 的 安 全 数 据 融 合 模 型 , 利 用 粗 大 误 差 理 论 将 明 显 偏 离 正 常 数 据 ( 或 真 值 ) 的  
异 常 数 据 予 以 识 别 和 剔 除 , 基 于 概 率 统 计 理 论 计 算 和 更 新 节 点 信 誉 度 , 只 允 许 来 源 于 高 信 誉 度 的 节 点 数 据 参 与 数  
据 融 合 , Josang 信 任 模 型 形 成 对 数 据 融 合 结 果 的 评 价 。 仿 真 实 验 结 果 表 明 , 该 模 型 不 仅 有 助 于 确 保 物 联 网 感 知  
层 数 据 融 合 结 果 真 实 性 与 可 靠 性 , 而 且 基 于 粗 大 误 差 的 数 据 预 处 理 方 法 可 减 少 数 据 融 合 的 计 算 量 , 降 低 对 传 感 器  
节 点 资 源 的 需 求 。  
关 键 词 : 物 联 网 ; 传 感 器 节 点 ; 数 据 融 合 ; 粗 大 误 差 理 论 ; 信 誉 度  
中 图 分 类 号 : TP393TN91 5ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 文 献 标 志 码 : A  
文 章 编 号 : 1 673825X201 606087607  
Secure data aggregating methods by means of Josang trust models for  
the sensing layer of the internet of things  
WEI QinfangCHENG LinaFU JunHU Xiangdong3  
1 . School of Communication and Information EngineeringChongqing University of Posts and Telecommunications,  
Chongqing 400065P. R. China2. Research Institute of China MobileBeijing 1 00033P. R. China;  
3. College of AutomationChongqing University of Posts and TelecommunicationsChongqing 400065P. R. China)  
AbstractThe sensing layer of internet of thingsIoTusually involves a large number of sensor nodeswhich is character  
ized by limited nodes resourceswide distributionunmanned operationdata redundancyeasy attacketc. Carrying out  
secure data aggregation is thus necessary for IoT sensing layer. In order to guarantee the authenticity and reliability of the  
results from data aggregation of IoT sensing layera secure data aggregating model combining with data preprocessing and  
node creditability evaluation is proposed. Firstlythe abnormal data obviously deviated from normal data or true value)  
are identified and eliminated by means of gross error theory. Then nodes creditability are calculated and updated by means  
of probability and statistics theoryand nothing but the data of nodes with high creditability is allowed to involve in data ag  
gregation. Finallythe model gains an evaluation of the results of data aggregation by means of Josang trust model. The  
simulation experiment results show that the model not only helps to guarantee authenticity and reliability of data aggregation  
results from IoT sensing layerbut also can reduce the calculating overload of data aggregation and the demand for sensor  
node resources by means of data preprocessing method based on gross error theory.  
Keywordsinternet of thingssensor nodesdata aggregationgross error theorycreditability  
收 稿 日 期 : 201 51 21 1 ꢀ 修 订 日 期 : 201 60602ꢀ 通 讯 作 者 : 魏 琴 芳 ꢀ weiqf@ cqupt. edu. cnꢀ  
基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 ( 61 1 7021 9) ; 教 育 部 中 国 移 动 联 合 研 究 基 金 ( MCM201 50202)  
Foundation ItemsThe National Natural Science Foundation of China 61 1 7021 9) ; The Joint Research Foundation of the Ministry of  
Education of the Peoples Republic of China and China Mobile MCM201 50202.  
万方数据  
ꢀ ꢀ  
魏 琴 芳 , 等 : Josang 信 任 模 型 的 物 联 网 感 知 层 安 全 数 据 融 合 方 法  
· 877·  
但 是 方 案 中 只 给 出 了 计 算 平 均 值 的 聚 集 函 数 , 公 钥  
密 码 体 制 的 应 用 将 引 入 较 大 的 计 算 量 。  
0ꢀ 言  
无 线 传 感 器 网 络 作 为 物 联 网 感 知 层 的 核 心 组 成  
文 献 [ ] 提 出 的 安 全 数 据 聚 合 ( secure data ag  
gregation protocolSDAP) 方 法 基 于 分 而 治 之 原 理 , 节  
点 的 树 形 拓 扑 结 构 首 先 被 动 态 地 划 分 为 多 个 类 似 大  
小 的 逻 辑 组 ( 即 子 树 ) , 接 下 来 的 数 据 融 合 将 在 各 个  
逻 辑 组 逐 跳 进 行 , 数 据 融 合 结 果 最 终 被 传 送 到 基 站 。  
基 站 根 据 这 些 逻 辑 组 的 融 合 结 果 集 合 识 别 可 疑 的 数  
据 融 合 逻 辑 组 。  
部 分 之 一 , 主 要 由 大 量 部 署 在 监 测 区 域 内 的 低 成 本  
微 传 感 器 节 点 组 成 , 通 过 无 线 通 信 方 式 形 成 一 个 多  
跳 的 自 组 织 网 络 , 可 广 泛 应 用 于 生 态 监 测 、 健 康 护  
理 、 智 慧 交 通 、 智 能 物 流 等 众 多 领 域 , 是 当 前 研 究 的  
一 个 热 点 。 然 而 传 感 器 网 络 中 节 点 的 资 源 是 非 常 有  
限 的 , 这 主 要 体 现 在 电 池 能 量 、 存 储 能 力 、 处 理 能 力  
以 及 通 信 带 宽 等 方 面 , 所 以 减 少 节 点 和 基 站 间 的 数  
据 传 输 量 和 通 信 开 销 、 提 高 能 效 和 带 宽 利 用 率 显 得  
十 分 必 要 ; 且 物 联 网 感 知 层 所 采 集 的 原 始 数 据 一 般  
具 有 较 大 的 冗 余 性 , 因 此 , 数 据 融 合 的 需 求 就 被 提  
出 , 通 过 数 据 融 合 技 术 的 运 用 可 以 去 除 采 集 数 据 中  
的 冗 余 信 息 以 及 减 少 网 络 中 数 据 传 输 量 , 进 而 节 省  
节 点 能 量 , 延 长 网 络 生 命 周 期 。  
文 献 [ ] 提 出 了 一 种 高 效 安 全 的 基 于 模 式 码 的  
数 据 融 合 协 议 ( efficient and secure pattern based data  
aggregationESPDA) , 该 协 议 所 进 行 的 安 全 数 据 融 合  
操 作 采 用 的 是 无 任 何 物 理 意 义 的 模 式 码 , 在 数 据 传  
输 过 程 中 , 中 间 节 点 不 关 心 信 息 的 具 体 内 容 , 也 就 没  
必 要 对 密 文 进 行 解 密 和 再 加 密 , 这 样 可 确 保 数 据 的  
机 密 性 并 避 免 中 间 节 点 处 消 息 被 窃 听 问 题 ; 基 站 周  
期 性 广 播 密 钥 也 有 助 于 保 障 数 据 的 新 鲜 性 。 随 后 ,  
罗 蔚 等 提 出 一 种 高 效 安 全 的 数 据 融 合 协 议 ( effi  
cient and secure data aggregationESDA) , 采 用 模 糊  
算 法 和 模 式 码 来 消 除 传 感 节 点 所 感 知 原 始 数 据 的 冗  
余 信 息 并 执 行 相 应 的 数 据 融 合 操 作 , 这 有 助 于 提 高  
数 据 的 机 密 性 和 传 感 器 节 点 的 能 效 性 。  
物 联 网 感 知 层 中 的 大 量 传 感 器 节 点 通 常 部 署 在  
无 人 监 管 的 恶 劣 环 境 或 安 全 敏 感 区 域 , 使 得 网 络 中  
的 数 据 融 合 面 临 着 多 种 信 息 安 全 风 险 , 如 数 据 被 窃  
听 、 伪 造 、 篡 改 和 重 放 等 攻 击 , 因 此 , 安 全 的 数 据 融 合  
]  
十 分 必 要 , 相 关 研 究 得 以 开 展  
近 年 来 , 一 些 研 究 者 从 不 同 角 度 提 出 了 不 同 的  
安 全 解 决 方 案 , 其 中 , 基 于 节 点 信 誉 度 评 价 的 数 据 融  
合 方 法 得 到 了 重 视 。 为 了 量 化 数 据 融 合 结 果 的 不 确  
定 性 以 及 抵 抗 数 据 融 合 过 程 中 节 点 被 捕 获 等 攻 击 ,  
本 文 建 立 了 一 个 改 进 的 基 于 节 点 信 誉 度 的 安 全 数 据  
融 合 模 型 ( improved creditabilitybased data aggrega  
tionICBDA) , 用 以 解 决 数 据 融 合 过 程 中 数 据 源 的 安  
全 问 题 , 保 证 数 据 融 合 结 果 的 真 实 性 。  
Ganeriwal Srivastava 在 研 究 数 据 融 合 技 术  
时 , 针 对 无 线 传 感 器 网 络 提 出 了 第 一 个 基 于 声 誉 的  
传 感 器 网 络 框 架 ( reputation based framework sensor  
networksRFSN) 信 任 模 型 。 该 模 型 采 用 统 计 和 决  
策 理 论 , 构 建 了 一 个 十 分 有 应 用 前 景 的 分 布 式 、 可 扩  
展 的 框 架 。 RFSN 信 任 模 型 把 计 算 得 到 的 信 任 值 作  
为 节 点 参 与 数 据 融 合 时 所 提 供 数 据 的 权 重 。  
文 献 [ ] 提 出 的 基 于 分 布 式 声 誉 机 制 的 信 标 节  
点 信 任 系 统 ( distributed reputation based beacon trust  
systemDRBTS) 方 案 将 网 络 中 的 节 点 分 为 传 感 节 点  
和 信 标 节 点 , 信 标 节 点 的 提 出 是 本 方 案 的 一 个 亮 点 ,  
信 标 节 点 被 用 于 确 定 传 感 节 点 的 位 置 。 在 该 方 案  
中 , 每 个 信 标 节 点 的 主 要 任 务 是 监 测 其 邻 居 信 标 节  
点 的 行 为 , 传 感 节 点 采 用 简 单 的 多 数 投 票 机 制 来 确  
定 是 否 使 用 给 定 的 信 标 位 置 信 息 , 这 样 做 是 为 了 把  
恶 意 信 标 节 点 报 告 的 虚 假 位 置 信 息 给 过 滤 掉 。  
文 献 [ ] 提 出 的 加 权 信 任 评 价 ( weighted trust  
evaluationWTE) 方 案 是 利 用 节 点 权 值 作 为 节 点 信  
誉 值 来 进 行 数 据 融 合 的 操 作 , 再 将 实 际 值 与 数 据 融  
合 结 果 作 比 较 , 结 果 不 同 , 则 说 明 对 应 的 节 点 可 疑 ,  
并 用 惩 罚 系 数 来 降 低 该 节 点 的 信 誉 值 , 通 过 将 信 誉  
1ꢀ 相 关 工 作  
到 目 前 为 止 , 研 究 者 对 数 据 融 合 的 安 全 实 现 方  
法 进 行 了 多 种 方 案 的 探 索 。  
]  
SIAsecure information aggregation) 协 议  
首 先  
给 出 数 据 融 合 节 点 的 数 据 融 合 结 果 , 然 后 采 用 高 效 的  
抽 样 和 交 互 证 明 来 确 保 融 合 值 是 真 实 值 的 近 似 。 SIA  
协 议 还 给 出 对 多 种 计 算 函 数 的 聚 集 方 法 , 如 果 想 要 得  
到 可 靠 性 较 高 的 数 据 值 , 交 互 次 数 就 会 相 应 增 加 , 为  
完 成 数 据 融 合 所 消 耗 的 节 点 资 源 也 会 明 显 增 多 。  
SecureDAVsecure data aggregation and verifica  
]  
tion) 协 议  
使 用 密 钥 共 享 方 案 为 簇 内 节 点 分 配 密  
钥 , 同 时 簇 内 节 点 对 计 算 得 到 的 簇 内 数 据 平 均 值 进  
行 部 分 签 名 。 此 方 案 可 以 验 证 融 合 数 据 的 完 整 性 ,  
万方数据  

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