[发明专利]一种水声传感网多从节点协作辅助决策安全机制

权利要求书

1.一种水声传感网多从节点协作辅助决策安全方法，其特征在于包括以下步骤：

1)在含有N个水下传感器节点的簇中确定簇头；

2)在簇头一跳范围内的节点集合B中选取s个从节点；

所述选取s个从节点的具体方法为：拟选从节点数量为s个，所选取的s个从节点需分散于簇头的四周，利用其分布几何特点，通过计算从节点选取代价函数值得到最合适的从节点组合；未被选为从节点的其余N-1-s个节点，均作为普通节点；其中，s≥3且s为奇数；s取值为

在所选取的s个从节点中，任选三个节点，让它们的分布可以尽可能地接近以簇头为中心、以d_max为半径的圆的内接等边三角形，从节点选取代价函数计算如下：

其中，i表示第i个组合，即s个从节点中取任意3个从节点的组合，a_i、b_i、c_i代表第i个组合的三个节点的空间位置坐标，d_max为每个节点的最大可通信距离；

3)在簇内设置N-1-s个普通节点发起随机攻击，具体步骤为：为仿真无处不在的网络攻击，N个节点中除了1个簇头和s个从节点外，其余N-1-s个普通节点均存在发送错误信息的可能，进而让簇头或者从节点失效，普通节点的该行为，被视为攻击行为；普通节点出现攻击行为的概率为p，用均匀分布的rand函数给普通节点i赋一个[0，1]的值p_i(i＝1,2,…,N-1-s)，判断p_i值是否小于p，若p_ip，则表示普通节点i发起攻击，若p_i≥p，则表示普通节点i未发起攻击；各普通节点发起攻击的行为是独立的；

4)判定s个从节点监督功能是否失效；

5)重复操作步骤3)～4)达到最大迭代次数M，计算从节点监督功能的失效概率。

2.如权利要求1所述一种水声传感网多从节点协作辅助决策安全方法，其特征在于在步骤1)中，所述确定簇头的具体方法是通过遍历簇中每个节点，寻找距离整个簇中心最近的1个节点作为该簇的簇头。

3.如权利要求1所述一种水声传感网多从节点协作辅助决策安全方法，其特征在于在步骤4)中，所述判定s个从节点监督功能是否失效的具体方法为：若从节点一跳范围内的普通节点中，存在任一普通节点发起攻击，则表示该从节点受到攻击；对于s个从节点而言，当受到攻击的从节点数量大于等于时，则判定从节点整体受到攻击，无法发挥监督作用，并记从节点监督功能失效一次，否则判定从节点整体未受攻击。

4.如权利要求1所述一种水声传感网多从节点协作辅助决策安全方法，其特征在于在步骤5)中，所述计算从节点监督功能的失效概率的具体步骤为：经过M次迭代后，将从节点监督功能失效的次数除以M得到从节点监督功能失效概率的仿真值。

5.如权利要求1所述一种水声传感网多从节点协作辅助决策安全方法，其特征在于在步骤5)中，所述从节点监督功能的失效概率P与普通节点发起攻击概率p的理论关系推导如下：

普通节点发起攻击的行为是相互独立的，每个从节点受到攻击的概率可以由下式计算：

其中，SCH表示从节点，p表示普通节点发起攻击行为的概率，任一普通节点发起攻击行为的概率相同，n表示可以攻击到从节点SCH的普通节点数目，O_j代表第j个普通节点发起攻击行为，代表第j个节点不发起攻击行为，代表n个节点均不发起攻击行为；

对于单个从节点而言，从节点监督功能的失效概率P＝P(SCH)；对于s个从节点而言，由于存在公共的普通节点对同一从节点发起攻击的现象，从节点监督功能的失效概率P为：

其中，不同的j代表不同的从节点组合，不同组合的SCH₂SCH₃...SCH_i不同；为进一步表示，将不同组合记为group_j，而普通节点能攻击到组合中的第k个节点的数量为group_jk，也就是每个从节点的E集合的元素数目；

条件概率表示在SCH₂SCH₃...SCH_i都受到攻击而SCH_i+1SCH_i+2...SCH_s都不受到攻击的情况下，SCH₁受到攻击的概率；由于SCH₁节点的状态和其他节点有关系并非独立，两个节点之间存在距离相关，故设置一个距离因子简化条件概率求解时不独立的影响，其中，δ_ij用来标记节点间的关系，具体表示如下：

即，r_ij表示节点i和节点j的状态相同，均为被攻击或未被攻击；而表示节点i和节点j的状态不同，一个被攻击，一个未被攻击；d_max代表所有节点的最大可通信距离，d_ij指的是节点i和节点j的间距；

条件概率可进一步表达为：

计算s个从节点协作监督功能的失效概率P值，得到如下表达式：