初研网络信任指数的构想与算法

1基于信任管理的模型

1.1网格点信任模型

网格点是虚拟网格剖分目标区域形成的，即划分网格时的横纵坐标的交叉点。通过以网格点为圆心，以节点通信半径为半径内的活跃节点（信任度超过节点信任阈值的节点）对网格点进行并行覆盖，经过量化，最终得到网格点的信任度。本模型基于以下假设:通过某种定位算法可以得到无线传感器节点和和网格点的位置，即这些点的坐标值。虚拟网格的尺寸限制于min(2/4Rc，2/2Rs)，即每个网格的边长。节点的信任度是基于某个信任管理模型量化出来的，相关过程具体内容本文中不再讨论。为了接下来对模型的描述更加方便，我们定义了一些符号：Tmin:节点信任度阈值，信任度低于该阈值的节点被判定为恶意节点。（该阈值是由所选信任管理模型，节点数量等因素决定）Tmax:网格点联合信任阈值，若网格点信任度量化后低于该阈值则不能保证覆盖区域的质量和安全性。（该阈值由周围工作节点的数量以及他们的信任度等因素决定）Na：表示为恶意节点，节点的信任度低于Tmin。Nb：表示为休眠节点，节点的信任度虽然高于Tmin，但是经过轮换调度算法最终被判定为冗余的节点。Nc：表示为工作节点，节点的信任度高于Tmin，并且经过轮换调度算法活跃的节点。Rc：节点通信半径。Rs：节点感知半径。具体的选择工作节点的过程，将在接下来基于网格信任度的节点自适应轮换调度算法的描述中讲到。以网格点为圆心，Rs为半径范围内的活跃的工作节点对网格点进行量化处理，得到该网格点的联合信任度。如果所有网格点的信任度都高于信任度阈值Tmax，说明该覆盖区域已经达到了高覆盖度和安全度的要求。如果有网格点的信任度低于阈值Tmax，说明达不到安全的高覆盖度要求，则需要重新对达不到要求的网格点进行调度。

1.2网格点信任度数学模型

为了使网格点的感知半径内能够具有更好的安全性，要求感知半径内一半以上的工作节点正常工作的概率大于网格点信任度阈值Tmax，这样才能保证网络的正常运作。假设网格点Wij的感知半径内有n个比较可信任的节点（超过节点信任阈值Tmin的节点），信任度分别为T1,T2,T3….Tn，即信任度集合S={T1,T2,T3….Tn}。Smk表示所有感知错误节点信任度组成的集合，其中m表示感知错误节点数量，k表示其中一种可能性。例如，S21={T1,T2}代表感知错误节点有两个，{T1,T2}是错误节点的其中一种可能性。则网格点的信任度数学模型为：12()111(1)mkmkknnnijTSTSSmkCTwTTT(1)其中，T表示感知错误节点的信任度，T表示正常工作节点的信任度，)T(SSmkT为所有感知正确节点的信任度的乘积，S-Smk为该网格点感知半径内正常工作节点的信任度组成的集合。只有所有覆盖目标区域网格点的信任度都达到阈值Tmax，才能表明这是一个安全的覆盖，即：maxmax,,ijijsuccessTwTfailTwT(2)1.3信任阈值的分析与讨论节点信任度阈值Tmin的大小对信任模型有很大影响，下面对可能出现的几种情况进行讨论：

（1）节点信任度阈值Tmin过低。信任度过低的节点加入到模型中，会导致需要加入更多的高信任度节点以保证网络的安全性。这样不仅要额外的增加大量的节点，还造成了能量浪费。阈值过低还可能导致永远无法达到模型要求的Tmax的标准。

（2）节点信任度阈值Tmin过高。阈值Tmin过高，可能导致可以选择的工作节点过少，或者在网格点的感知半径甚至没有一个达到Tmin标准的节点。由此可见，节点信任度阈值在选择上要经过多方考虑，过高或过低都会带来对整个网络不利的结果。

2基于网格信任度的节点

当(a)中的其中一个节点的信任度由0.8下降到0.7时，在新的运行周期(b)内，经过调度算法，网格点的感知区域内增加了一个新的信任度为0.9的节点，以达到要求的标准。在图(a)中，节点n5和节点n6的整个传感区域都可以被相邻的邻居节点所代替覆盖。如果二者分别都感知到自身满足休眠条件后，进入休眠状态，会导致覆盖区域内出现盲点。为了避免出现覆盖盲点的状况，本文提出了基于信任度的退避算法。以上图为例，经过一段随机的时间后（算法设计中介绍随机时间选择方法），如果该随机时间相同，说明二者信任度相同，选择编号高的节点；如果随机时间不同，直接选择时间短的，既为信任值高的节点。自适应轮换调度算法描述本节我们首先了分析算法需要满足的条件，然后设计了一种基于网格信任度的覆盖算法来调度传感节点,使得监控区域能够达到安全的高覆盖率。尽可能选取最少的工作节点来保证网络的高覆盖度，延长整个网络的寿命。算法应该是完全分布式，在信任管理的基础上，基于邻居节点的信息进行决策。选取工作节点的过程应该考虑到节点的信任度，尽量调度信任度高的节点，有利于提高整个网络覆盖的的安全度。所选取的工作节点应该在覆盖区域内均匀分布。

3算法

基于网格信任度的可靠覆盖机制，要求虚拟网格中存在着若干个处于正常状态的活动节点监控着目标区域，而让其余节点进入休眠状态，达到既保持覆盖质量又能延长网络生存时间的效果。网络的生存时间被划分为多个不同的时间段，每一个时间段内又分为节点调度阶段和工作两个阶段，调度阶段也是通过与邻居节点交换信息，根据信任度和节点位置来选择节点。本文所提出的覆盖算法是一种完全分布式算法，要求把对整个覆盖区域的的覆盖拆分成对覆盖区域内每一个网格点的覆盖，最终达到相同的或者更高的覆盖效果。该覆盖算法不仅要解决信任管理和覆盖相结合的问题，还要考虑活动节点的信任度变化对覆盖区域的影响，以及基于信任度的退避机制设计问题。在对网络覆盖过程中，每经过一个周期，相关工作节点的信任度都可能出现变化。如果有节点的信任度变小，会导致对网格点的信任覆盖达不到Tmax的标准。需要在新的周期开始直接增加工作节点，以保证网络可靠性。

作者：小龙 林亚平 易叶青 单位：广州无线电台有限公司