專利名稱：基于評價的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)切換預(yù)認(rèn)證方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇模型下移動節(jié)點(diǎn)認(rèn)證技 術(shù)，具體為一種基于評價的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)切換預(yù)認(rèn)證方法，主要應(yīng)用于對時延、能耗和安 全性要求較高的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過 無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知和采集網(wǎng)絡(luò)覆蓋 區(qū)域中某些特定的物理量，并對所采集的信息進(jìn)行處理，然后發(fā)送給觀測者。由于數(shù)量眾 多，傳感器節(jié)點(diǎn)通常隨機(jī)投放在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，而且很難更換電源，因此如何減少能耗是一個 很重要的研究課題。傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)一般都是靜止的，是隨機(jī)布設(shè)的，這樣就可能 造成一些問題1)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的某些節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布松散，難于組網(wǎng)，某些孤立的節(jié)點(diǎn)采 集的數(shù)據(jù)難以傳給匯聚節(jié)點(diǎn)；2)網(wǎng)絡(luò)中也會出現(xiàn)某些“瓶頸”節(jié)點(diǎn)，如樹狀分布的傳感器網(wǎng) 絡(luò)，越靠近簇頭節(jié)點(diǎn)，即匯聚節(jié)點(diǎn)的傳感器節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)就越多，能量消耗也越多；還有一些網(wǎng) 絡(luò)分布的“關(guān)鍵”節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)發(fā)較多，能量消耗較大。因此容易造成網(wǎng)絡(luò)擁塞，影響到整個網(wǎng)絡(luò) 的性能，而這些“瓶頸”節(jié)點(diǎn)的能量消耗，會使得整個網(wǎng)絡(luò)的生命周期減少。為了解決上述問題，延長網(wǎng)絡(luò)壽命，通過引入移動匯聚節(jié)點(diǎn)，按照某路線進(jìn)行移 動，解決傳統(tǒng)靜止節(jié)點(diǎn)的傳輸所帶來的問題，大大延長了網(wǎng)絡(luò)壽命，提高了網(wǎng)絡(luò)吞吐量。另外，隨著“物聯(lián)網(wǎng)”，“智慧地球”等概念的提出，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用不斷推 廣，對支持用戶移動性的需求也在與日俱增，存在移動用戶希望在傳感器網(wǎng)絡(luò)中動態(tài)的查 詢網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)。因此，如何對移動節(jié)點(diǎn)進(jìn)行認(rèn)證，確保移動節(jié)點(diǎn)的合 法性是一個很重要的問題，傳統(tǒng)的切換認(rèn)證方式在于1)當(dāng)移動節(jié)點(diǎn)從原子網(wǎng)移動到新子 網(wǎng)時，移動節(jié)點(diǎn)發(fā)生切換，它首先必須斷開與原子網(wǎng)的關(guān)聯(lián)，然后與新子網(wǎng)重新建立關(guān)聯(lián)； 2)在移動節(jié)點(diǎn)接入新子網(wǎng)之后，為了確保移動節(jié)點(diǎn)的身份合法，新子網(wǎng)必須重新對移動節(jié) 點(diǎn)進(jìn)行認(rèn)證，協(xié)商出共享會話密鑰。所述傳統(tǒng)的切換認(rèn)證方式主要存在以下缺陷1)由于新子網(wǎng)只是在移動節(jié)點(diǎn)切換接入之后才對其進(jìn)行認(rèn)證，因此會存在大量的 認(rèn)證時延，有可能造成數(shù)據(jù)服務(wù)的中斷，并不適合快速移動的用戶認(rèn)證；2)由于移動節(jié)點(diǎn)不知道新子網(wǎng)的安全、能量等狀態(tài)信息，因此會給移動節(jié)點(diǎn)帶來 不安全影響，并且有可能因?yàn)樾伦泳W(wǎng)能量耗盡，而無法給移動節(jié)點(diǎn)提供正常服務(wù)；3)由于新子網(wǎng)僅僅對移動節(jié)點(diǎn)的身份進(jìn)行認(rèn)證，而對于移動節(jié)點(diǎn)歷史安全狀態(tài)、 業(yè)務(wù)狀態(tài)等卻一無所知，因此就可能因?yàn)橐苿庸?jié)點(diǎn)的引入給新子網(wǎng)帶來不安全因素，從而 導(dǎo)致安全性差、服務(wù)效率低等問題，大大減少無線傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種基于評價的無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)切換預(yù)認(rèn)證方法，以減少切換認(rèn)證時延，提高傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全性，延長傳感器網(wǎng)絡(luò)壽 命，并且能為移動節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)保障。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的基于評價的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)切換預(yù)認(rèn)證包括如下步 驟(1)處于原子網(wǎng)內(nèi)的移動節(jié)點(diǎn)M對將要切換接入的新子網(wǎng)進(jìn)行預(yù)測；(2)移動節(jié)點(diǎn)M對自己在原子網(wǎng)的狀態(tài)進(jìn)行評價，并對自己在新子網(wǎng)的狀態(tài)進(jìn)行 預(yù)測；(3)移動節(jié)點(diǎn)M根據(jù)預(yù)測信息，向原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)H。ld發(fā)送切換預(yù)認(rèn)證請求信息；(4)原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)H-接收到移動節(jié)點(diǎn)M發(fā)送的預(yù)認(rèn)證請求信息后，對移動節(jié)點(diǎn) M的安全狀態(tài)進(jìn)行評價，得出安全狀態(tài)評價值A(chǔ)·；(5)原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)H。ld根據(jù)安全狀態(tài)評價值A(chǔ)·，判斷移動節(jié)點(diǎn)M的安全狀態(tài)，若 為“不安全”，拒絕移動節(jié)點(diǎn)M切換接入新子網(wǎng)；否則原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)H。ld產(chǎn)生預(yù)認(rèn)證信息， 并發(fā)送給新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hnew ；(6)新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hmw接收到所述預(yù)認(rèn)證信息后，對該信息的合法性以及移動 節(jié)點(diǎn)M的身份合法性進(jìn)行認(rèn)證，若認(rèn)證通過，則新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hnew對新子網(wǎng)進(jìn)行評價，若 評價合格，則同意切換預(yù)認(rèn)證請求，并將對新子網(wǎng)的評價值發(fā)送給原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)H。ld，否 則拒絕切換預(yù)認(rèn)證請求；若認(rèn)證未通過，則拒絕切換預(yù)認(rèn)證請求；(7)原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)H。ld根據(jù)步驟(6)中對新子網(wǎng)的評價值得知新子網(wǎng)的當(dāng)前狀 態(tài)，并結(jié)合步驟(4)中移動節(jié)點(diǎn)M發(fā)送的預(yù)認(rèn)證請求信息，決定是否同意移動節(jié)點(diǎn)M切換接 入新子網(wǎng)，若新子網(wǎng)的當(dāng)前狀態(tài)能滿足預(yù)認(rèn)證請求，則同意接入，并向新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hmw 發(fā)起鑒權(quán)密鑰協(xié)商請求，為移動節(jié)點(diǎn)M生成調(diào)整意見，以便移動節(jié)點(diǎn)M更好的接入新子網(wǎng)， 否則不同意接入；(8)新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hnew接收到步驟(7)所述鑒權(quán)密鑰協(xié)商請求后，產(chǎn)生鑒權(quán)密鑰k， 并通過節(jié)點(diǎn)M的公鑰對該鑒權(quán)密鑰k和自己的簽名信息進(jìn)行加密，發(fā)送給原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)H。ld ；(9)原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)H。ld接收到步驟(8)所述加密信息后，將該加密信息及步驟 (7)所述調(diào)整意見一起發(fā)給移動節(jié)點(diǎn)M ；(10)移動節(jié)點(diǎn)M用自己的私鑰解密步驟(9)所述加密信息，得到鑒權(quán)密鑰k和簽 名信息，并驗(yàn)證簽名的正確性，若驗(yàn)證通過，則鑒權(quán)密鑰k合法，至此，移動節(jié)點(diǎn)M與新子網(wǎng) 簇頭節(jié)點(diǎn)Hnrat之間提前協(xié)商出了鑒權(quán)密鑰k，預(yù)認(rèn)證過程結(jié)束。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明由于采用在當(dāng)移動節(jié)點(diǎn)需要切換到新子網(wǎng)時，移動節(jié)點(diǎn)與新子網(wǎng)簇頭節(jié) 點(diǎn)之間提前協(xié)商出了鑒權(quán)密鑰k，避免了傳統(tǒng)的方法中切換之后再認(rèn)證所帶來的時延問題， 并且支持對快速移動的節(jié)點(diǎn)的認(rèn)證。2、本發(fā)明由于在原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)接收到移動節(jié)點(diǎn)發(fā)送的預(yù)認(rèn)證請求信息后，會首 先對移動節(jié)點(diǎn)的安全狀態(tài)進(jìn)行評價，如果移動節(jié)點(diǎn)“不安全”，則拒絕其接入新子網(wǎng)，從而避 免了“不安全”移動節(jié)點(diǎn)的接入，提高了傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全性。3、本發(fā)明由于在新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hnew接收到預(yù)認(rèn)證信息后，對于認(rèn)證合法的移動節(jié)點(diǎn)，新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)HMW會從能量方面對新子網(wǎng)進(jìn)行評價，若新子網(wǎng)“能量低”，則拒絕移 動節(jié)點(diǎn)接入，從而避免因移動節(jié)點(diǎn)的查詢，加快傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量消耗；若新子網(wǎng)“能量一 般”，則會給移動節(jié)點(diǎn)發(fā)送調(diào)整意見，移動節(jié)點(diǎn)會在允許的情況下，減少查詢次數(shù)，從而延長 傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命。4、本發(fā)明由于在新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hnew接收到預(yù)認(rèn)證信息后，對于認(rèn)證合法的移動 節(jié)點(diǎn)，新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hn6W會從業(yè)務(wù)方面和安全方面對新子網(wǎng)進(jìn)行評價，若新子網(wǎng)“不安全” 或新子網(wǎng)“業(yè)務(wù)繁忙”，則直接拒絕移動節(jié)點(diǎn)切換接入，從而避免接收無效信息，為移動節(jié)點(diǎn) 提供了服務(wù)保障。


圖1是本發(fā)明使用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的切換預(yù)認(rèn)證總流程圖；圖3是本發(fā)明使用新子網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)對新子網(wǎng)的狀態(tài)進(jìn)行評價的子流程圖；圖4是本發(fā)明使用移動節(jié)點(diǎn)本身對移動節(jié)點(diǎn)狀態(tài)評價和預(yù)測的子流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所采用的網(wǎng)絡(luò)模型為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇模型，該模型主要由移動節(jié)點(diǎn)， 普通傳感器節(jié)點(diǎn)，子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)幾種類型的節(jié)點(diǎn)組成，如圖1所示，傳感器節(jié)點(diǎn) 能源有限，處理能力有限，主要用來收集物理環(huán)境的信息并發(fā)給子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)；子網(wǎng)簇頭節(jié) 點(diǎn)能源和處理能力較強(qiáng)，主要用來子網(wǎng)資源和安全的管理、分配等，子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)之間自組 織方式連接，將各個子網(wǎng)整合成一個靈活、可擴(kuò)展的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)則從整體上 管理整個傳感器網(wǎng)絡(luò)；移動節(jié)點(diǎn)在子網(wǎng)內(nèi)和子網(wǎng)間移動，動態(tài)的查詢和收集信息。參照圖2，本發(fā)明基于該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)考慮移動節(jié)點(diǎn)在子網(wǎng)間切換預(yù)認(rèn)證，包括以下步 驟步驟1，處于原子網(wǎng)內(nèi)的移動節(jié)點(diǎn)M對將要切換接入的新子網(wǎng)進(jìn)行預(yù)測。移動節(jié)點(diǎn)M安全接入到原子網(wǎng)之后，原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)H。ld將鄰居子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)氏 的身份、地理位置和通信覆蓋范圍，告知移動節(jié)點(diǎn)M ；移動節(jié)點(diǎn)M利用二階AR預(yù)測算法判斷 下一時刻的位置，這里假設(shè)移動節(jié)點(diǎn)M將要進(jìn)入鄰居子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hn6W的覆蓋范圍，移動節(jié) 點(diǎn)M根據(jù)其自己的地理位置和運(yùn)動方向，判斷其自身到子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hnew的距離Lm_MW是否 接近子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hn6W的覆蓋范圍，如果接近，則移動節(jié)點(diǎn)M將子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hn6W所在子網(wǎng) 做為新子網(wǎng)，并開始準(zhǔn)備切換到該新子網(wǎng)，否則，不切換。步驟2，移動節(jié)點(diǎn)M對自己在原子網(wǎng)的狀態(tài)進(jìn)行評價，并對自己在新子網(wǎng)的狀態(tài)進(jìn) 行預(yù)測，參照圖3，本步驟的具體實(shí)現(xiàn)如下2a)移動節(jié)點(diǎn)M首先對自己在原子網(wǎng)的業(yè)務(wù)狀態(tài)進(jìn)行評價，如果移動節(jié)點(diǎn)M在原子 網(wǎng)內(nèi)“無業(yè)務(wù)”，則得到業(yè)務(wù)狀態(tài)評價值A(chǔ)m_SCT = 0 ；如果移動節(jié)點(diǎn)M在原子網(wǎng)內(nèi)為“非實(shí)時業(yè) 務(wù)”，則得到業(yè)務(wù)狀態(tài)評價值A(chǔ)m_SCT = 1 ；如果移動節(jié)點(diǎn)M在原子網(wǎng)內(nèi)為“實(shí)時業(yè)務(wù)”，則得到 業(yè)務(wù)狀態(tài)評價值A(chǔ)m_SCT = 2 ；然后移動節(jié)點(diǎn)對自己在新子網(wǎng)的業(yè)務(wù)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，如果移動 節(jié)點(diǎn)M不需要繼續(xù)請求業(yè)務(wù)服務(wù)，則得到自己在新子網(wǎng)內(nèi)業(yè)務(wù)狀態(tài)預(yù)測值Pm_SCT = 0，如果業(yè) 務(wù)類型是實(shí)時性的，則得到自己在新子網(wǎng)內(nèi)業(yè)務(wù)狀態(tài)預(yù)測值Pm_SCT = 1 ；如果是非實(shí)時性的，
6則得到自己在新子網(wǎng)內(nèi)業(yè)務(wù)狀態(tài)預(yù)測值Pm-SCT = 2。
2b)假設(shè)Thspel, Thspe2為兩個速度門限值，移動節(jié)點(diǎn)M對自己在原子網(wǎng)的運(yùn)動速度 speed進(jìn)行評價，如果移動節(jié)點(diǎn)M在原子網(wǎng)內(nèi)運(yùn)動速度speed滿足speed < Thspel,則判斷運(yùn) 動速度為“低速”，得到運(yùn)動速度評價值A(chǔ)寧=0 ；如果移動節(jié)點(diǎn)M在原子網(wǎng)內(nèi)速度A寧滿足 Thspel < speed < Thspe2，則判斷運(yùn)動速度為“中速”，得到運(yùn)動速度評價值A(chǔ)spe = 1 ；如果移 動節(jié)點(diǎn)M在原子網(wǎng)內(nèi)速度Aspe滿足speed > Thspe2,則判斷運(yùn)動速度為“高速”，得到運(yùn)動速 度評價值A(chǔ)spe = 2 ；然后移動節(jié)點(diǎn)對自己在新子網(wǎng)的運(yùn)動速度狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，如果移動節(jié)點(diǎn) M繼續(xù)保持該運(yùn)動速度，則得到自己在新子網(wǎng)內(nèi)運(yùn)動速度狀態(tài)預(yù)測值Pm-spe = Aspe,否則根據(jù) 運(yùn)動速度類型，得到自己在新子網(wǎng)內(nèi)運(yùn)動速度預(yù)測值Pm-_，如果是“低速”，則Pm-spe = 0 ；如 果是“中速”，則Pm_spe = 1 ；如果是“高速”，則Pm_spe = 2。2c)假設(shè)Thretll, Threq2為兩個服務(wù)請求時間門限值，移動節(jié)點(diǎn)M對自己在原子網(wǎng)的 服務(wù)請求時間T進(jìn)行評價，如果T < Threql,則判斷服務(wù)請求時間為“較短”，得到服務(wù)請求 時間評價值A(chǔ)rai = 0 ；如果Thrail < T < Thrai2，則判斷服務(wù)請求時間為“一般”，得到服務(wù)請 求時間評價值A(chǔ)rai = 1 ；如果T > Thrai2，則判斷服務(wù)請求時間為“較長”，得到服務(wù)請求時間 評價值Keq = 2 ；然后移動節(jié)點(diǎn)M對自己在新子網(wǎng)的服務(wù)請求時間進(jìn)行預(yù)測，根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù) 需求，得到自己在新子網(wǎng)內(nèi)服務(wù)請求時間Prai類型，如果是“較短”，則Piratl = 0 ；如果是“一 般”，則Pm, = 1 ；如果是“較長”，則Pm, = 2。步驟3，移動節(jié)點(diǎn)M根據(jù)預(yù)測信息，向原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)H。ld發(fā)送切換預(yù)認(rèn)證請求信 肩、ο移動節(jié)點(diǎn)M結(jié)合步驟2的業(yè)務(wù)狀態(tài)預(yù)測值Pm_SCT’判斷短期內(nèi)是否需要繼續(xù)進(jìn)行服 務(wù)請求，如果需要進(jìn)行服務(wù)請求，則向原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)H。ld發(fā)送切換預(yù)認(rèn)證請求信息，否則， 不發(fā)送。所述預(yù)認(rèn)證請求信息為 Ek“d {Request || IDm || Ειη<”‘ (IDJ || P"r || Pm_spe || Pm_req || Λ Il MAC)其中，km_。ld代表移動節(jié)點(diǎn)M與原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)的會話密鑰，Request代表該信息為 預(yù)認(rèn)證請求信息，IDffl代表移動節(jié)點(diǎn)M的身份信息，λ工是用于保持?jǐn)?shù)據(jù)新鮮性差的隨機(jī)數(shù)， PRffl代表移動節(jié)點(diǎn)M的私鑰信息，Pm_SCT、Pffl_spe和Pnmtl為步驟2中的預(yù)測值，MAC代表消息的 驗(yàn)證碼，確保消息的完整性。步驟4，原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)H。ld接收到移動節(jié)點(diǎn)M發(fā)送的預(yù)認(rèn)證請求信息后，原子網(wǎng) 簇頭節(jié)點(diǎn)H。ld根據(jù)移動節(jié)點(diǎn)M在原子網(wǎng)內(nèi)的查詢情況，判斷移動節(jié)點(diǎn)M是處于安全狀態(tài)或 不安全狀態(tài)，得出安全狀態(tài)評價值A(chǔ)·。假設(shè)Th。為無效查詢次數(shù)門限值，移動節(jié)點(diǎn)M接入原子網(wǎng)后，會不斷進(jìn)行查詢請 求，如果移動節(jié)點(diǎn)M的某次查詢不符合要求，認(rèn)為本次查詢無效，則無效查詢次數(shù)C加1，當(dāng) 無效查詢次數(shù)C滿足C >= Th。時，則認(rèn)為移動節(jié)點(diǎn)M為“不安全”，從而得到安全狀態(tài)評價 值A(chǔ)se。= 0 ；當(dāng)無效查詢次數(shù)C滿足C < Th。時，則認(rèn)為移動節(jié)點(diǎn)M為“安全”，從而得到安全 狀態(tài)評價值A(chǔ)se。= 1。步驟5，判斷步驟4中的評價值ksec是否為“安全”或“不安全”，若“不安全”，則原 子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)H-拒絕為移動節(jié)點(diǎn)M提供預(yù)認(rèn)證服務(wù)，否則向新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)為Hnew發(fā)送預(yù) 認(rèn)證信息，該預(yù)認(rèn)證信息為E‘__ (Request || IDm || Epk (ZDm) |丨 Asec || A2 || MAC)
其中，k。ld_n 代表原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)H。ld與新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hmw會話密鑰，IDm代表 移動節(jié)點(diǎn)M的身份信息，PRffl代表移動節(jié)點(diǎn)M的私鑰信息，Asec為安全狀態(tài)評價值，λ 2是用 于保持?jǐn)?shù)據(jù)新鮮性差的隨機(jī)數(shù)，MAC代表消息的驗(yàn)證碼，確保消息的完整性。步驟6，新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hnew接收到所述預(yù)認(rèn)證信息后，對該信息的合法性以及移 動節(jié)點(diǎn)M的身份合法性進(jìn)行認(rèn)證。參照圖4，本步驟的具體實(shí)現(xiàn)如下 6a)假設(shè)Ths為子網(wǎng)內(nèi)安全節(jié)點(diǎn)個數(shù)門限值，新子網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)個數(shù)為n，新子網(wǎng)內(nèi)安 全節(jié)點(diǎn)的個數(shù)為Snrat，新子網(wǎng)的安全狀態(tài)評價值為An_，第i個節(jié)點(diǎn)的安全狀態(tài)值為Si，且 當(dāng)?shù)趇個節(jié)點(diǎn)“安全”時，安全狀態(tài)值Si = 1 ；當(dāng)?shù)趇個節(jié)點(diǎn)“不安全”時，則安全狀態(tài)值Si =0 ；假設(shè)當(dāng)新子網(wǎng)內(nèi)安全節(jié)點(diǎn)個數(shù)小于Ths時，則判斷新子網(wǎng)為“不安全”，否則，當(dāng)新子網(wǎng) 內(nèi)安全節(jié)點(diǎn)個數(shù)大于等于Ths時，則判斷新子網(wǎng)為“安全”；6b)新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hnew首先對新子網(wǎng)的安全狀態(tài)信息進(jìn)行評價新子網(wǎng)簇頭 節(jié)點(diǎn)Hnew按下列公式計算新子網(wǎng)內(nèi)安全節(jié)點(diǎn)的個數(shù)=Snew = SJS2+. · · +Si+. · · +Sn，如果Snew
<Ths,則新子網(wǎng)“不安全”，得到安全評價值A(chǔ)new_se。= 0 ；如果Snew > = Ths,則新子網(wǎng)“安全”， 得到安全評價值々__·= 1。6c)假設(shè)Thpl，Thp2為兩個能量門限值，新子網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)為n，第i個節(jié)點(diǎn)的能量值 為p0Wi，新子網(wǎng)的能量評價值為A ，新子網(wǎng)的能量為Pnew，并且滿足當(dāng)新子網(wǎng)的能量Pnew
<Thpl，則判斷新子網(wǎng)“能量低”；當(dāng)新子網(wǎng)的能量Thpl < Pnew < Thp2，則判斷新子網(wǎng)“能量適 當(dāng)”；當(dāng)新子網(wǎng)的能量Pnew > Thp2,則判斷新子網(wǎng)“能量充足”；6d)新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hnew對新子網(wǎng)能量狀態(tài)信息進(jìn)行評價新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hnew按 下列公式計算新子網(wǎng)的能量Pnew = (Pow^Pow2+. . . +POWi+. . . +pown) /n,如果 Pnew < Thpl,則 判斷新子網(wǎng)“能量低”，得到能量狀態(tài)評價值A(chǔ) = O ；如果Thpl < Pnew < Thp2,則判斷新 子網(wǎng)“能量適當(dāng)”，得到能量狀態(tài)評價值A(chǔ)n _p。w = 1 ；如果Pnrat > Thp2，則判斷新子網(wǎng)“能量充 足”，得到能量狀態(tài)評價值A(chǔ)mw_p。w = 2 ；6e)假設(shè)Thel，Thc2為兩個正在請求服務(wù)節(jié)點(diǎn)個數(shù)門限值，新子網(wǎng)業(yè)務(wù)狀態(tài)評價值 為An _SCT，新子網(wǎng)內(nèi)正在請求服務(wù)的節(jié)點(diǎn)個數(shù)為n，并且當(dāng)新子網(wǎng)內(nèi)正在請求服務(wù)節(jié)點(diǎn)個數(shù) Id^MnCRhcl時，則新子網(wǎng)業(yè)務(wù)狀態(tài)“空閑”；當(dāng)新子網(wǎng)內(nèi)正在請求服務(wù)節(jié)點(diǎn)個數(shù)η滿足 Thcl <n< Thc2時，則新子網(wǎng)業(yè)務(wù)狀態(tài)“一般”;當(dāng)新子網(wǎng)內(nèi)正在請求服務(wù)節(jié)點(diǎn)個數(shù)η滿足η > Thc2時，則新子網(wǎng)業(yè)務(wù)狀態(tài)“繁忙”；6f)新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hnew對新子網(wǎng)業(yè)務(wù)狀態(tài)信息進(jìn)行評價新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hnew根 據(jù)子網(wǎng)內(nèi)正在請求服務(wù)節(jié)點(diǎn)個數(shù)n，判斷新子網(wǎng)業(yè)務(wù)狀態(tài)信息，如果η < Thca,則新子網(wǎng)業(yè)務(wù) 狀態(tài)“空閑”，得到業(yè)務(wù)狀態(tài)評價值A(chǔ)new_se, = O ；如果Thel <n< The2，則新子網(wǎng)業(yè)務(wù)狀態(tài)“一 般”，得到業(yè)務(wù)狀態(tài)評價值A(chǔ)new_SCT = 1 ；如果η > Th。2，則新子網(wǎng)業(yè)務(wù)狀態(tài)“繁忙”，得到業(yè)務(wù) 狀態(tài)評價值A(chǔ)nersa = 2。步驟7，原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)H。ld根據(jù)對新子網(wǎng)的狀態(tài)評價信息和移動節(jié)點(diǎn)M對自己在 新子網(wǎng)的預(yù)測信息，決定是否同意移動節(jié)點(diǎn)M切換接入新子網(wǎng)。原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)H-根據(jù)步驟6中對新子網(wǎng)的能量狀態(tài)評價值A(chǔ)M_p。w、安全狀態(tài) 評價值A(chǔ)n_和業(yè)務(wù)狀態(tài)評價值A(chǔ)nersa得知新子網(wǎng)的當(dāng)前狀態(tài)，并結(jié)合步驟3中移動節(jié)點(diǎn) M發(fā)送的預(yù)認(rèn)證請求信息，提取出步驟2中移動節(jié)點(diǎn)M對自己在新子網(wǎng)的業(yè)務(wù)狀態(tài)預(yù)測值PnOT_SCT、運(yùn)動速度預(yù)測值和服務(wù)請求時間預(yù)測值PnCTTOq ；！^ 了 網(wǎng)矢下‘克 H0]_d 豐艮Anew—p0W、Anew—sec、Anew—ser、Pnew-ser、^new-spe 禾口 Pnew-req 決定是否 同意移動節(jié)點(diǎn)M切換接入新子網(wǎng)若新子網(wǎng)的當(dāng)前狀態(tài)能滿足所述預(yù)認(rèn)證請求信息中移動節(jié)點(diǎn)M的需求時，則同意 接入，并為移動節(jié)點(diǎn)M生成調(diào)整意見，以便移動節(jié)點(diǎn)M更好的接入新子網(wǎng)，然后就向新子網(wǎng) 簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)起鑒權(quán)密鑰協(xié)商請求；若新子網(wǎng)的當(dāng)前狀態(tài)不能滿足所述預(yù)認(rèn)證請求信息中移動節(jié)點(diǎn)M的需求時，則不 同意接入。步驟8，新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)HMW接收到步驟7所述鑒權(quán)密鑰協(xié)商請求后，產(chǎn)生鑒權(quán)密 鑰k，并通過節(jié)點(diǎn)M的公鑰對該鑒權(quán)密鑰k和自己的簽名信息進(jìn)行加密，發(fā)送給原子網(wǎng)簇頭
下點(diǎn)Hold o新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hnew產(chǎn)生用于移動節(jié)點(diǎn)M接入認(rèn)證的鑒權(quán)密鑰km_new，根據(jù)步驟6中 移動節(jié)點(diǎn)M的身份信息IDm，計算得到移動節(jié)點(diǎn)M的公鑰PUm，并用PUm加密共享密鑰km_MW， 和自己的簽名信息，最后一起通過安全通道發(fā)給原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)H。ld，該加密信息為 其中，Response代表該信息預(yù)認(rèn)證請求響應(yīng)，k。ld_new代表原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)H。ld與新 子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hn 會話密鑰，kffl_new為鑒權(quán)密鑰，IDffl為移動節(jié)點(diǎn)M的身份信息，PRnew代表新 子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)的私鑰信息，\ 3是用于保持?jǐn)?shù)據(jù)新鮮性差的隨機(jī)數(shù)，MAC代表消息的驗(yàn) 證碼，確保消息的完整性。步驟9，原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)H。ld接收到步驟8所述加密信息后，將該加密信息及步驟 7所述調(diào)整意見一起發(fā)給移動節(jié)點(diǎn)M。原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)H-解密接收的秘密信息，得到秘密信息
直接將其通過安全通道轉(zhuǎn)發(fā)給移動節(jié)點(diǎn)M，與此同時，將步驟7中產(chǎn)生的調(diào)整建議發(fā)給移動 節(jié)點(diǎn)M，以便移動節(jié)點(diǎn)M切換到新子網(wǎng)之后能更有效、更安全的訪問新子網(wǎng)；步驟10，移動節(jié)點(diǎn)M通過安全通道接收到步驟9發(fā)送的秘密信息后，解密得到
并用自己的私鑰PRm解密該信息，從而得到鑒權(quán)密鑰km_n6W和簽名信
息、h ，然后驗(yàn)證簽名的正確性，若驗(yàn)證通過，則判斷鑒權(quán)密鑰km_n 合法，至此，移動 節(jié)點(diǎn)M與新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hmw提前協(xié)商出了鑒權(quán)密鑰，預(yù)認(rèn)證過程結(jié)束。
權(quán)利要求
一種基于評價的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)切換預(yù)認(rèn)證方法，包括如下步驟(1)處于原子網(wǎng)內(nèi)的移動節(jié)點(diǎn)M對將要切換接入的新子網(wǎng)進(jìn)行預(yù)測；(2)移動節(jié)點(diǎn)M對自己在原子網(wǎng)的狀態(tài)進(jìn)行評價，并對自己在新子網(wǎng)的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測；(3)移動節(jié)點(diǎn)M根據(jù)預(yù)測信息，向原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hold發(fā)送切換預(yù)認(rèn)證請求信息；(4)原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hold接收到移動節(jié)點(diǎn)M發(fā)送的預(yù)認(rèn)證請求信息后，對移動節(jié)點(diǎn)M的安全狀態(tài)進(jìn)行評價，得出安全狀態(tài)評價值A(chǔ)sec；(5)原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hold根據(jù)安全狀態(tài)評價值A(chǔ)sec，判斷移動節(jié)點(diǎn)M的安全狀態(tài)，若為“不安全”，拒絕移動節(jié)點(diǎn)M切換接入新子網(wǎng)；否則原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hold產(chǎn)生預(yù)認(rèn)證信息，并發(fā)送給新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hnew；(6)新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hnew接收到所述預(yù)認(rèn)證信息后，對該信息的合法性以及移動節(jié)點(diǎn)M的身份合法性進(jìn)行認(rèn)證，若認(rèn)證通過，則新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hnew對新子網(wǎng)進(jìn)行評價，若評價合格，則同意切換預(yù)認(rèn)證請求，并將對新子網(wǎng)的評價值發(fā)送給原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hold，否則拒絕切換預(yù)認(rèn)證請求；若認(rèn)證未通過，則拒絕切換預(yù)認(rèn)證請求；(7)原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hold根據(jù)步驟(6)中對新子網(wǎng)的評價值得知新子網(wǎng)的當(dāng)前狀態(tài)，并結(jié)合步驟(4)中移動節(jié)點(diǎn)M發(fā)送的預(yù)認(rèn)證請求信息，決定是否同意移動節(jié)點(diǎn)M切換接入新子網(wǎng)，若新子網(wǎng)的當(dāng)前狀態(tài)能滿足預(yù)認(rèn)證請求，則同意接入，并向新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hnew發(fā)起鑒權(quán)密鑰協(xié)商請求，為移動節(jié)點(diǎn)M生成調(diào)整意見，以便移動節(jié)點(diǎn)M更好的接入新子網(wǎng)，否則不同意接入；(8)新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hnew接收到步驟(7)所述鑒權(quán)密鑰協(xié)商請求后，產(chǎn)生鑒權(quán)密鑰k，并通過節(jié)點(diǎn)M的公鑰對該鑒權(quán)密鑰k和自己的簽名信息進(jìn)行加密，發(fā)送給原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hold；(9)原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hold接收到步驟(8)所述加密信息后，將該加密信息及步驟7所述調(diào)整意見一起發(fā)給移動節(jié)點(diǎn)M；(10)移動節(jié)點(diǎn)M用自己的私鑰解密步驟(9)所述加密信息，得到鑒權(quán)密鑰k和簽名信息，并驗(yàn)證簽名的正確性，若驗(yàn)證通過，則鑒權(quán)密鑰k合法，至此，移動節(jié)點(diǎn)M與新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hnew之間提前協(xié)商出了鑒權(quán)密鑰k，預(yù)認(rèn)證過程結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)認(rèn)證方法，其中步驟1所述的移動節(jié)點(diǎn)M對將要切換接入 的新子網(wǎng)進(jìn)行預(yù)測，按如下步驟進(jìn)行2a)移動節(jié)點(diǎn)M安全接入到原子網(wǎng)之后，原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)H。ld將鄰居子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)氏 的身份、地理位置和通信覆蓋范圍，告知移動節(jié)點(diǎn)M ；2b)移動節(jié)點(diǎn)M利用二階AR預(yù)測算法判斷下一時刻的位置，結(jié)合鄰居子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)氏 的地理位置和通信覆蓋范圍信息，判斷是否將要進(jìn)入鄰居子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)印的覆蓋范圍，如 果將要進(jìn)入某個鄰居子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hmw的覆蓋范圍，則判斷子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)HMW所在子網(wǎng)為 新子網(wǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)認(rèn)證方法，其中步驟2所述的移動節(jié)點(diǎn)M對自己在原子網(wǎng) 的狀態(tài)進(jìn)行評價，按如下步驟進(jìn)行3a)移動節(jié)點(diǎn)M判斷自己在原子網(wǎng)的業(yè)務(wù)類型，該類型包括無業(yè)務(wù)、實(shí)時業(yè)務(wù)和非實(shí) 時業(yè)務(wù)三種；3b)移動節(jié)點(diǎn)M判斷自己在原子網(wǎng)中的運(yùn)動速度，該運(yùn)動速度分為低速、中速和高速；3c)移動節(jié)點(diǎn)M判斷自己在原子網(wǎng)內(nèi)的服務(wù)請求時間，該請求時間表現(xiàn)為較短、一般和 較長。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)認(rèn)證方法，其中步驟2所述的移動節(jié)點(diǎn)M對自己在新子網(wǎng) 的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，是移動節(jié)點(diǎn)M根據(jù)自己的實(shí)際任務(wù)需求，判斷是否需要進(jìn)行服務(wù)請求，如 果需要，則進(jìn)一步判斷自己在新子網(wǎng)的業(yè)務(wù)狀態(tài)類型，運(yùn)動速度類型和服務(wù)請求時間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)認(rèn)證方法，其中步驟4所述的原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)H。ld接收到 移動節(jié)點(diǎn)M發(fā)送的預(yù)認(rèn)證請求信息后，對移動節(jié)點(diǎn)M的安全狀態(tài)進(jìn)行評價，是原子網(wǎng)簇頭節(jié) 點(diǎn)H。ld根據(jù)移動節(jié)點(diǎn)M在原子網(wǎng)內(nèi)的違規(guī)查詢次數(shù)和其余節(jié)點(diǎn)的反饋信息，判斷移動節(jié)點(diǎn)M 是處于安全狀態(tài)或不安全狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)認(rèn)證方法，其中步驟6所述新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hmw對新子網(wǎng) 進(jìn)行評價，按如下步驟進(jìn)行6a)新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)HMW根據(jù)新子網(wǎng)內(nèi)各個節(jié)點(diǎn)的安全狀態(tài)，得出新子網(wǎng)整體安全狀 態(tài)信息，該安全狀態(tài)主要分為“安全”和“不安全”兩種；6b)新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)HMW根據(jù)新子網(wǎng)內(nèi)各個節(jié)點(diǎn)的剩余電量信息，得出新子網(wǎng)整體能 量狀態(tài)信息，該能量狀態(tài)主要分為“能量充足”、“能量適當(dāng)”和“能量低”三種；6c)新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)Hn6W根據(jù)新子網(wǎng)內(nèi)當(dāng)前服務(wù)節(jié)點(diǎn)數(shù)量以及業(yè)務(wù)類型情況，得出新 子網(wǎng)的業(yè)務(wù)狀態(tài)信息，該業(yè)務(wù)狀態(tài)主要分為“繁忙”、“一般”和“空閑”三種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)認(rèn)證方法，其中步驟4所述的預(yù)認(rèn)證請求信息，包括移動節(jié) 點(diǎn)M的身份IDm，用私鑰PRm對IDm簽名的信息E (PRffl, IDJ，以及業(yè)務(wù)狀態(tài)類型，運(yùn)動速度類 型和服務(wù)請求時間類型。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)認(rèn)證方法，其中步驟6所述的預(yù)認(rèn)證信息，包括移動節(jié)點(diǎn)M 的身份IDm，用移動節(jié)點(diǎn)的私鑰卩艮對皿^簽名的信息E(PRm，IDffl)以及原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)H。ld 接收到移動節(jié)點(diǎn)M發(fā)送的預(yù)認(rèn)證請求信息后，對移動節(jié)點(diǎn)M的安全狀態(tài)的評價信息。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于評價的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)切換預(yù)認(rèn)證方法，它包括(1)移動節(jié)點(diǎn)預(yù)測將要切換到的新子網(wǎng)，對自己進(jìn)行評價和預(yù)測，提出預(yù)認(rèn)證請求；(2)原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)對移動節(jié)點(diǎn)進(jìn)行評價，若評價為安全，給新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送預(yù)認(rèn)證信息；(3)新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)對新子網(wǎng)進(jìn)行評價，認(rèn)證移動節(jié)點(diǎn)的身份，若評價合格且認(rèn)證通過，則同意接入，將評價信息發(fā)給原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)；(4)原子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)移動節(jié)點(diǎn)的請求和對新子網(wǎng)的評價，決定是否同意接入，并給予調(diào)整建議；(5)若同意接入，則在移動節(jié)點(diǎn)和新子網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)之間協(xié)商出密鑰。本發(fā)明具有時延短，傳感器網(wǎng)絡(luò)安全性高和壽命長的優(yōu)點(diǎn)，可用于對時延、安全性要求高的傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。
文檔編號H04W84/18GK101873591SQ201010187930
公開日2010年10月27日 申請日期2010年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月31日
發(fā)明者劉陽, 唐宏, 姜曉鴻, 尹浩, 龐遼軍, 房帥磊, 李京英, 李紅寧, 李鵬, 楊亮, 沈玉龍, 裴慶祺, 謝敏, 馬建峰, 黃潔 申請人:西安電子科技大學(xué);中國人民解放軍總參謀部第六十一研究所;中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學(xué)