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无线网状网络中灰洞节点检测方法
申请公布号：CN103313235B
申请号：CN201310243707.0
申请日期：2013.06.19
申请公布日期：2015.10.28
发明人：向郑涛;陈宇峰;周鹏;简炜;蒋伟荣;黄爱蓉;张涛;王思山;江学焕;史小平;张金亮
分类号：H04W12/00(2009.01)I
主分类号：H04W12/00(2009.01)I
代理人：高良军
地址：442002 湖北省十堰市车城西路167号
摘要：本发明公开了无线网状网络中灰洞节点检测方法，其特征在于：无线网状网络的MR节点或者MC节点在转发数据包后，记录转发数据包的重传次数，并继续监听下游节点的转发数据包情况，利用捎带的方式，将监听信息附加到数据包中发送给网关节点；网关节点收到带有监听信息的数据包后，将数据包转发成功率信息和重传次数率信息保存至矩阵中，并定期根据矩阵信息进行灰洞节点判断；如果网关节点判断出灰洞节点，则将灰洞节点信息附加在网关节点向全网广播自身是网关节点的宣告消息中；网络中其他节点收到宣告消息后，如果发现宣告消息中附带有灰洞节点信息，则将灰洞节点排除在网络之外。
主权项：无线网状网络中灰洞节点检测方法，其步骤如下：步骤1：源节点v_0位于Mesh终端层，目的节点D位于有线网络，无线网状网络(WMN)网关Mesh网关(MG)节点位于接入层；网关MG节点初始化节点以往可信度(judgePrevTrust)数组，将各元素初值设置为1；若源节点v_0希望和目的节点D通信，将通过查找路由表或者路由发现过程建立源节点v_0到目的节点D的路径v_0→D，转入步骤2；由于MG节点是接入有线网络的网关，因此，MG节点将位于路径v_0→D中；路径v_0→D涉及到的节点序列为：{v_0，v_1，v_2，…，v_i，v_i+1，…，v_n‑1，v_n，MG，WR_1，…，D}，其中，源节点v_0是节点v_1的上游节点，节点v_1是源节点v_0的下游节点；节点v_i是节点v_i+1的上游节点，节点v_i+1是节点v_i的下游节点；节点v_n是MG节点的上游节点，MG节点是节点v_n的下游节点；从节点v_0到节点v_n，分为两组，前一组是Mesh客户端(MC)节点，后一组是Mesh路由(MR)节点，但是在后续处理中不再区分是MC节点还是MR节点；WR_1节点是有线网络的路由节点，从WR_1节点开始到目的节点D，均为有线网络节点；路径v_i→D所涉及的节点序列是路径v_0→D所涉及节点序列的子序列；步骤2：源节点v_0沿着路径v_0→D向目的节点D发送数据包，当节点v_i成功转发数据包P_k给下游节点v_i+1后，(1).节点v_i首先将对应路径v_i→D的转发包数FP<sub>v_i→D</sub>加1，并记录对应路径v_i→D的本次转发数据包P_k的重传次数ReTran<sup>P_k</sup><sub>v_i→D</sub>；(2).节点v_i监听下游节点v_i+1是否转发数据包P_k给v_i+1的下游节点v_i+2，若是，则将对应路径v_i→D的监听包数MP<sub>v_i→D</sub>加1；(3).节点v_i判断转发包数FP<sub>v_i→D</sub>是否达到预先设定的阈值TH<sub>FP</sub>，如果达到，a).设置监听标记MARK，并计算对应路径v_i→D转发数据包的重传次数率MeanReTran<sub>v_i</sub><sub>→D</sub>，其中，重传次数率MeanReTran<sub>v_i→D</sub>＝(ΣReTran<sup>P_k</sup><sub>v_i→D</sub>)/TH<sub>FP</sub>；这里的Σ是指(ReTran<sup>P_k</sup><sub>v_i→D</sub>)的和，也就是说，对于每个数据包P_k，都有个重传次数，用符号ReTran<sup>P_k</sup><sub>v_i→D</sub>来指代，里面的v_i→D是指转发这个数据包的路径；b).在转发下一个数据包P_m时，把监听信息附加到数据包P_m中，用MG节点的公钥对附加了监听信息的数据包进行加密，得到加密后的数据包P_m，这样节点v_i的下游节点v_i+1将不知道v_i是否发送监听信息，也无法修改加密后的数据包P_m，加密后的数据包P_m将沿着路径v_i→D发送给MG节点；所附加的监听信息内容为：监听标记MARK，节点v_i地址、下游节点v_i+1地址、节点v_i转发包数FP<sub>v_i→D</sub>、节点v_i监听到的下游节点v_i+1的监听包数MP<sub>v_i→D</sub>、节点v_i转发数据包的重传次数率MeanReTran<sub>v_i→D</sub>；c).再将节点v_i中的转发包数FP<sub>v_i→D</sub>、节点v_i监听到的下游节点v_i+1的监听包数MP<sub>v_i</sub><sub>→D</sub>和监听标记MARK均设置为初始值；转入步骤3；步骤3：当网关MG节点收到加密的数据包P_m后，利用MG节点的私钥对数据包中附加的监听信息进行解密，检查数据包中是否附带有监听标记MARK；如果附带有监听标记MARK，则对监听信息进行处理：(1).根据“下游节点v_i+1地址”将判定计数数组元素judgeArray_Count[D_i+1]加1，其中，数组下标D_i+1是由“下游节点v_i+1地址”得到的一个唯一序号；(2).计算数据包转发成功率SuccMP<sub>v_i→D</sub>＝MP<sub>v_i→D</sub>/FP<sub>v_i→D</sub>，根据“节点v_i地址”和“下游节点v_i+1地址”找到数据包转发判定矩阵judgeMatrix_MP中的元素judgeMatrix_MP[D_i][D_i+1]，令judgeMatrix_MP[D_i][D_i+1]＝judgeMatrix_MP[D_i][D_i+1]+SuccMP<sub>v_i→D</sub>，其中，数组下标D_i是由“节点v_i地址”得到的一个唯一序号，数组下标D_i+1是由“下游节点v_i+1地址”得到的一个唯一序号；(3).根据“节点v_i地址”和“下游节点v_i+1地址”找到平均重传次数判定矩阵judgeMatrix_MRT的元素judgeMatrix_MRT[D_i][D_i+1]，令judgeMatrix_MRT[D_i][D_i+1]＝judgeMatrix_MRT[D_i][D_i+1]+MeanReTran<sub>v_i→D</sub>，其中，数组下标D_i是由“节点v_i地址”得到的一个唯一序号，数组下标D_i+1是由“下游节点v_i+1地址”得到的一个唯一序号；转入步骤4；步骤4：MG节点每隔一定时间间隔T秒对各个节点进行判断，过程如下：(1).对数据包转发判定矩阵judgeMatrix_MP的第D_i列求和，并除以对节点v_i的判定次数(即judgeArray_Count[D_i])，得到：对每个节点的数据包转发成功率判定值<maths num="0001" id="cmaths0001"><math><![CDATA[<mrow><mi>j</mi><mi>u</mi><mi>d</mi><mi>g</mi><mi>e</mi><mi>S</mi><mi>F</mi><mo>[</mo><mi>D</mi><mo>_</mo><mi>i</mi><mo>]</mo></mrow>]]></math><img file="FDA0000778072350000021.GIF" wi="311" he="74" /></maths><maths num="0002" id="cmaths0002"><math><![CDATA[<mrow><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><munderover><mo>Σ</mo><mrow><mi>m</mi><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mi>j</mi><mi>u</mi><mi>d</mi><mi>g</mi><mi>e</mi><mi>M</mi><mi>a</mi><mi>t</mi><mi>r</mi><mi>i</mi><mi>x</mi><mo>_</mo><mi>M</mi><mi>P</mi><mo>[</mo><mi>m</mi><mo>]</mo><mo>[</mo><mi>D</mi><mo>_</mo><mi>i</mi><mo>]</mo><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mi>j</mi><mi>u</mi><mi>d</mi><mi>g</mi><mi>e</mi><mi>A</mi><mi>r</mi><mi>r</mi><mi>a</mi><mi>y</mi><mo>_</mo><mi>C</mi><mi>o</mi><mi>u</mi><mi>n</mi><mi>t</mi><mo>[</mo><mi>D</mi><mo>_</mo><mi>i</mi><mo>]</mo><mo>,</mo><mi>m</mi><mo>≠</mo><mi>i</mi><mo>;</mo></mrow>]]></math><img file="FDA0000778072350000022.GIF" wi="1370" he="142" /></maths>其中m是计数变量，n是移动节点的数量；(2).对平均重传次数判定矩阵judgeMatrix_MRT的第D_i列求和，并除以对节点v_i的判定次数(即judgeArray_Count[D_i])，得到：对每个节点的链路质量判定值<maths num="0003" id="cmaths0003"><math><![CDATA[<mrow><mi>j</mi><mi>u</mi><mi>d</mi><mi>g</mi><mi>e</mi><mi>L</mi><mi>Q</mi><mo>[</mo><mi>D</mi><mo>_</mo><mi>i</mi><mo>]</mo><mo>=</mo></mrow>]]></math><img file="FDA0000778072350000031.GIF" wi="357" he="76" /></maths><maths num="0004" id="cmaths0004"><math><![CDATA[<mrow><mo>(</mo><munderover><mo>Σ</mo><mrow><mi>m</mi><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mi>j</mi><mi>u</mi><mi>d</mi><mi>g</mi><mi>e</mi><mi>M</mi><mi>a</mi><mi>t</mi><mi>r</mi><mi>i</mi><mi>x</mi><mo>_</mo><mi>M</mi><mi>R</mi><mi>T</mi><mo>[</mo><mi>m</mi><mo>]</mo><mo>[</mo><mi>D</mi><mo>_</mo><mi>i</mi><mo>]</mo><mo>)</mo><mo>/</mo><mi>j</mi><mi>u</mi><mi>d</mi><mi>g</mi><mi>e</mi><mi>A</mi><mi>r</mi><mi>r</mi><mi>a</mi><mi>y</mi><mo>_</mo><mi>C</mi><mi>o</mi><mi>u</mi><mi>n</mi><mi>t</mi><mo>[</mo><mi>D</mi><mo>_</mo><mi>i</mi><mo>]</mo><mo>,</mo><mi>m</mi><mo>≠</mo><mi>i</mi><mo>;</mo></mrow>]]></math><img file="FDA0000778072350000032.GIF" wi="1352" he="149" /></maths>其中m是计数变量，n是移动节点的数量；(3).结合对每个节点的数据包转发成功率判定值judgeSF[D_i]和链路质量判定值judgeLQ[D_i]计算当前判断的节点可信度judgeCurrTrust[D_i]＝α×judgeSF[D_i]+(1－α)×judgeLQ[D_i]，其中，α、1－α分别是数据包转发成功率和链路质量的权重，权重是指α的对应项judgeSF[D_i]和1－α的judgeLQ[D_i]在判断节点可信度时所占的比例；α及1－α的取值，由用户自己定义；(4).结合所记录的节点以往可信度judgePrevTrust[D_i]和节点当前可信度judgeCurrTrust[D_i]计算节点可信度judgeTrust[D_i]＝β×judgePrevTrust[D_i]+(1－β)×judgeCurrTrust[D_i]，其中，β、1－β分别是节点以往可信度和节点当前可信度的权重，权重是指β的对应项judgePrevTrust[D_i]和1－β的judgeCurrTrust[D_i]在判断节点可信度时所占的比例；β及1－β的取值，由用户自己定义；(5).如果节点可信度judgeTrust[D_i]小于给定阈值TRUSTTHRESH，则认为节点v_i是灰洞节点，全部检查完毕后，将灰洞节点列表附加到MG节点向全网广播自身是网关节点的宣告消息中，用MG节点的私钥加密宣告消息后进行广播；给定阈值TRUSTTHRESH的取值，由用户自己定义；(6).将本次计算得到的节点可信度judgeTrust[D_i]写入judgePrevTrust[D_i]中，将判定计数数组judgeArray_Count、数据包转发判定矩阵judgeMatrix_MP、平均重传次数判定矩阵judgeMatrix_MRT、数据包转发成功率判定数组judgeSF、链路质量判定数组judgeLQ、节点当前可信度数组judgeCurrTrust、节点可信度数组judgeTrust中各个元素均置为初始值；转入步骤5；步骤5：无线网状网络中的MR节点和MC节点收到MG节点定期广播的宣告消息时，用MG节点的公钥解密宣告消息，并判断宣告消息中是否含有灰洞节点v_i的信息，如果有，则在自己的路由表里清除灰洞节点v_i所在的路径，并在未来的路由发现过程中，丢弃来自灰洞节点v_i的路由包，以便将灰洞节点排除在网络之外。