[发明专利]无线传感器网络中安全有效的数据聚合方法

摘要

无线传感器网络中安全有效的数据聚合方法属于数据聚合领域。现有方法仅考虑能量有效性问题，并不能过滤掉异常的错误数据和恶意的攻击数据，无法保证有效性和安全性。本发明首先在智能分组阶段将整个传感器网络划分成若干个组，保证每个组内的传感器节点在物理空间上位置邻近而且传感器所采集到的数据值接近；其次，在数据传输及识别过滤阶段，组内的各个传感器节点将采集到的数据发送到本组的组长节点，组长节点通过执行异常数据识别算法过滤错误或者虚假的数据信息；最后，组长节点根据具体的传感器网络应用需求聚合过滤后的数据，并将其传输至网关节点。本方法保证有效和安全的识别并过滤错误虚假数据信息。

主权项

1. 一种无线传感器网络中安全有效的数据聚合方法，其特征在于：包括智能分组、数据传输及识别过滤、数据聚合三个阶段；首先，在智能分组阶段将整个传感器网络划分成若干个组，保证每个组内的传感器节点在物理空间上位置临近而且传感器所采集到的数据值接近；其次，在数据传输及识别过滤阶段，组内的各个传感器节点将采集到的数据发送到本组的组长节点，组长节点通过执行异常数据识别算法过滤错误或者虚假的数据信息；最后，组长节点根据具体的传感器网络应用需求聚合过滤后的数据，并将其传输至网关节点；智能分组阶段，包括以下具体步骤：1)每个传感器节点利用随机数生成函数生成随机延迟时间；2)开始延迟；3)如果上述传感器节点在延迟期间收到其他传感器节点发送来的加入组信息，则暂停延迟并保存剩余延迟时间，否则执行步骤7)；4)此传感器节点判断是否满足加入组的条件；即利用从加入组消息中获得的组内采集数据最大值、最小值、平均值以及此传感器节点采集到的数据值重新计算此节点加入组后采集数据的最大值、最小值、平均值；如果新计算的采集数据最大值、最小值与平均值之差的绝对值均小于预设门限值并且此传感器节点与组中组长节点的距离小于预设的最大跳数值，则此传感器节点加入本组，否则此传感器节点不加入本组；5)如果步骤4)中加入组条件不满足，则此传感器节点恢复延迟时间，跳转至步骤2)继续延迟；否则，此传感器节点加入本组，修改其父节点为所接收到的加入组消息中的源节点；更新组内采集数据的最大值、最小值、平均值和节点个数；6)此传感器节点利用更新后的采集数据最大值、最小值、平均值、节点个数填充广播数据包中的各个域，并广播更新后的加入组数据包；7)此传感器节点选择自己为本组组长，用自己采集到的数据填充广播数据包中的采集数据最大值、最小值、平均值域，并广播此加入组数据包；数据传输及识别过滤阶段，具体包括以下步骤：a)组内成员传感器节点将采集到的数据发送给组长传感器节点；b)组长传感器节点接收组内各传感器节点发送来的采集数据；c)组长传感器节点运行多维统计方法计算由组内各传感器节点所采集数据构成的多维矩阵的均值和协方差；d)组长传感器节点利用步骤c)中计算得到的均值和协方差计算组内各成员传感器节点所采集数据的马氏距离；e)如果步骤d)中计算出的马氏距离大于自由度为组内节点个数的卡方分布值，则此成员传感器节点所传输的采集数据为异常数据，组长传感器节点将其过滤；否则，此成员传感器节点所传输的采集数据为正常数据，组长传感器节点接受此数据以用于数据聚合。