劉耀先，孫 毅，韋 磊，段泉圣

（1.華北電力大學(xué)控制與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，北京102206；2.華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，北京102206；3.江蘇省電力公司南京供電公司，南京210019）

面向配電網(wǎng)故障檢測(cè)的WSN可信路由算法*

劉耀先1，孫 毅2*，韋 磊3，段泉圣1

（1.華北電力大學(xué)控制與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，北京102206；2.華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，北京102206；3.江蘇省電力公司南京供電公司，南京210019）

為了提高配電網(wǎng)故障檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目尚判裕岢鲆环N面向配電網(wǎng)故障檢測(cè)的WSN可信路由算法。算法提出一種防范針對(duì)信任模型攻擊的輕量級(jí)信任值計(jì)算方法，并在簇頭選舉與簇間多跳路由中引入信任值，避免惡意節(jié)點(diǎn)降低網(wǎng)絡(luò)安全；簇間多跳階段中，對(duì)鄰居節(jié)點(diǎn)的位置因子、距離因子、信任值及剩余能量等參數(shù)進(jìn)行融合判決，構(gòu)建最優(yōu)數(shù)據(jù)傳輸路徑。仿真結(jié)果表明，提出的算法能夠自適應(yīng)剔除網(wǎng)絡(luò)惡意節(jié)點(diǎn)，防范惡意攻擊，最大化網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。

配電網(wǎng)故障檢測(cè)；無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；信任值；多跳路由

當(dāng)今社會(huì)，電力用戶對(duì)用電可靠性的要求不斷提高，智能電網(wǎng)已經(jīng)成為電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然選擇，作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，智能配電網(wǎng)是推動(dòng)智能電網(wǎng)發(fā)展的源頭和動(dòng)力，也是智能電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域。而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是集嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)、分布式信息傳輸和處理技術(shù)于一體的先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)，利用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行故障檢測(cè)與以往的故障檢測(cè)技術(shù)相比主要有以下優(yōu)點(diǎn)：①節(jié)點(diǎn)高度集成；②采用無(wú)線通信模式，不需要復(fù)雜的通信線路布線；③自組織性和大規(guī)模性；④適用于惡劣的環(huán)境；⑤針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，配置不同的傳感器節(jié)點(diǎn)，快速搭建平臺(tái)；⑦更易于采集微弱信號(hào)，而采用故障暫態(tài)量的測(cè)距法當(dāng)中，對(duì)于微弱信號(hào)的采集是當(dāng)下的難點(diǎn)，在這種要求下，無(wú)線傳感器可以發(fā)揮重要的作用［1-4］。作為其他組網(wǎng)方式的有效補(bǔ)充，WSN在配電網(wǎng)故障檢測(cè)中獲得了廣泛的應(yīng)用［5-7］。

由于無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)能量有限，所以國(guó)內(nèi)外現(xiàn)在的研究方面主要在于如何延長(zhǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期，提高其能效性［8-11］。而未考慮如何防范黑洞攻擊，蟲(chóng)洞攻擊，污水坑攻擊等惡意攻擊等惡意行為對(duì)WSN通信傳輸造成的影響。

文獻(xiàn)［12］以節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包成功率和包重傳率作為直接信任指標(biāo)，鄰居節(jié)點(diǎn)對(duì)評(píng)價(jià)節(jié)點(diǎn)的信任作為間接信任指標(biāo)，提出一種基于可信節(jié)點(diǎn)的安全多路徑路由協(xié)議。文獻(xiàn)［13］提出節(jié)點(diǎn)可信度概念，將節(jié)點(diǎn)可信度與群體智能算法相結(jié)合，建立可信安全路由，將惡意節(jié)點(diǎn)排除在網(wǎng)絡(luò)之外，延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)生命周期。文獻(xiàn)［14］設(shè)計(jì)了一種SRBNT算法，在LEACH算法［15］的基礎(chǔ)上加入了節(jié)點(diǎn)信任值的概念，但其在信任值的計(jì)算上面沒(méi)有考慮節(jié)點(diǎn)的間隙性攻擊行為，另外，文章只是把信任值在成簇階段引入，沒(méi)有在簇間多跳中引入信任值。

本文提出一種面向配電網(wǎng)故障檢測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可信路由算法（A Reliable WSN routing algorithm for Detecting Distribution network Fault，RDDF），提出一種新的信任值計(jì)算方法，可以有效防范惡意節(jié)點(diǎn)的間隙性攻擊行為。在成簇階段與簇間多跳都引入信任值判斷節(jié)點(diǎn)是否為惡意節(jié)點(diǎn)。在保證節(jié)點(diǎn)可信的前提下，選擇最優(yōu)路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。達(dá)到綜合提高路由可靠性與能耗性的要求。

1 網(wǎng)絡(luò)模型與信任值的定義與計(jì)算

1.1 網(wǎng)絡(luò)模型

本文中采用典型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型［16-17］，除匯聚節(jié)點(diǎn)之外的所有節(jié)點(diǎn)的能量都受限，并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以作為簇頭節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。所有節(jié)點(diǎn)采用統(tǒng)一的發(fā)射功率。每個(gè)節(jié)點(diǎn)有自己唯一的ID，能夠獲取地理位置信息。每個(gè)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)檢測(cè)鄰居節(jié)點(diǎn)行為并記錄存儲(chǔ)以備調(diào)用。而且所有節(jié)點(diǎn)都有被俘獲成為惡意節(jié)點(diǎn)的可能。匯聚節(jié)點(diǎn)不會(huì)被俘獲成為惡意節(jié)點(diǎn)。

1.2 信任值的定義與計(jì)算

在配電網(wǎng)故障檢測(cè)過(guò)程中，最重要的包括遙測(cè)以及遙控業(yè)務(wù)，那么如何保證這兩種業(yè)務(wù)的安全進(jìn)行是本文在定義信任值時(shí)需要考慮的重要因素。分析上述業(yè)務(wù)特點(diǎn)，數(shù)據(jù)包的正確性以及完整性是信任值定義時(shí)最需要考慮的因素。所以可以對(duì)信任值做如下定義：

式中，i是評(píng)估節(jié)點(diǎn)，而 j是被評(píng)估節(jié)點(diǎn)。DTi,j表示節(jié)點(diǎn)i對(duì)節(jié)點(diǎn) j的直接信任值，NFMi,j(s)表示節(jié)點(diǎn)i檢測(cè)到節(jié)點(diǎn) j轉(zhuǎn)發(fā)的未被篡改的數(shù)據(jù)包數(shù)量，而EFi,j(s)表示節(jié)點(diǎn) j的期望轉(zhuǎn)發(fā)包數(shù)量，而AFi,j(s)表示節(jié)點(diǎn)j實(shí)際所轉(zhuǎn)發(fā)的包數(shù)量。

在本文的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型中，由于其自組織特性，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可能成為下一輪的簇頭節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間互相進(jìn)行行為監(jiān)聽(tīng)并實(shí)時(shí)記錄。由于無(wú)限傳感器節(jié)點(diǎn)能量，計(jì)算，存儲(chǔ)方面的限制，本文設(shè)計(jì)一種輕量的信任值計(jì)算模型。為了防止節(jié)點(diǎn)在特定節(jié)點(diǎn)前表現(xiàn)良好，而在其它節(jié)點(diǎn)前進(jìn)行惡意攻擊。最終的信任值取決于評(píng)估節(jié)點(diǎn)與被評(píng)估節(jié)點(diǎn)的直接信任值以及兩節(jié)點(diǎn)的共同鄰居節(jié)點(diǎn)對(duì)被評(píng)估節(jié)點(diǎn)的間接信任值，可以由下式表示：

式中，i是評(píng)估節(jié)點(diǎn)，而j是被評(píng)估節(jié)點(diǎn)。α，β是直接信任值與間接信任值的權(quán)值參數(shù)，α+β=1,α＞0,β＞0。DTi,j表示節(jié)點(diǎn)i對(duì)節(jié)點(diǎn) j的直接信任值，ITi,j表示節(jié)點(diǎn)i，j的共同鄰居節(jié)點(diǎn)k對(duì)節(jié)點(diǎn)j的間接信任值。最后的綜合信任值評(píng)價(jià)指標(biāo)為CTi,j，其值的分布范圍在0與1之間。我們認(rèn)為，被評(píng)估節(jié)點(diǎn)的綜合信任值越大，其可信任程度越高。

而在基于信任模型的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中會(huì)出現(xiàn)如下惡意攻擊行為［18］：（1）間隙性行為攻擊：即一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)而表現(xiàn)好，時(shí)而表現(xiàn)惡劣，使其他節(jié)點(diǎn)無(wú)法正確評(píng)估其信任值。（2）惡意誹謗攻擊：惡意節(jié)點(diǎn)提供不誠(chéng)實(shí)客觀的的間接評(píng)價(jià)給鄰居節(jié)點(diǎn)，這些評(píng)價(jià)有可能是正評(píng)價(jià)給惡意節(jié)點(diǎn)，也有可能是負(fù)評(píng)價(jià)給信任節(jié)點(diǎn)，從而影響信任評(píng)估的準(zhǔn)確性。

為了解決上述問(wèn)題，我們可以引入惡意行為容忍參數(shù)與節(jié)點(diǎn)誠(chéng)實(shí)度的概念。定義直接信任值DTi,j：

式中，s代表周期序列，DTnow代表本周期其行為表現(xiàn)，即本周期序列的直接信任值與前周期序列相關(guān)。從而達(dá)到只有節(jié)點(diǎn)行為表現(xiàn)一直很好，才可以更高的信任值。根據(jù)環(huán)境的惡劣程度可以設(shè)置惡意行為容忍參數(shù)η，如果節(jié)點(diǎn)在之前表現(xiàn)良好，其直接信任值大于等于η，那么其本周期序列的直接信任值取決于其本周期的行為表現(xiàn)。如果被評(píng)估節(jié)點(diǎn)在某一周期序列直接信任值小于η，則其之后的直接信任值如式（3）所示。DTnow表示節(jié)點(diǎn)在本周期行為表現(xiàn)評(píng)估，為了驗(yàn)證本文的信任值計(jì)算方法是否可以識(shí)別惡意節(jié)點(diǎn)的間隙性行為攻擊，我們可以引入如下算例來(lái)進(jìn)行證明。惡意節(jié)點(diǎn)在第一個(gè)周期表現(xiàn)惡劣，本周期表現(xiàn)DTnow（1）=0.4，處于較低水平。而下一個(gè)周期表現(xiàn)良好，取DTnow（2）=0.9，但其由于前一周期表現(xiàn)惡劣，其信任值DTi,j(2)= 0.52，處于一個(gè)較低水平，第三個(gè)周期表現(xiàn)良好，取DTnow（3）=0.9，那么經(jīng)過(guò)兩個(gè)周期表現(xiàn)良好，其信任值DTi,j（3）=0.7384，大于惡意行為容忍參數(shù)，達(dá)到一個(gè)較高的信任值。這說(shuō)明只有在其一直表現(xiàn)良好時(shí)，其信任值才會(huì)處于一個(gè)較高水平，但如果節(jié)點(diǎn)一旦表現(xiàn)惡劣，又會(huì)獲得一個(gè)較低的信任值，回復(fù)到較高的信任值則比較困難。

而在間接信任值上面，采取如下的計(jì)算模型：

式中，HOi,k(s)為誠(chéng)實(shí)度系數(shù)，IAk,j(s)是節(jié)點(diǎn)i,j的所有共同鄰居節(jié)點(diǎn)k對(duì)節(jié)點(diǎn) j信任值的平均標(biāo)準(zhǔn)值，可以設(shè)置一個(gè)門(mén)限值ε，如果則認(rèn)為該節(jié)點(diǎn)k進(jìn)行了惡意誹謗行為，排除該節(jié)點(diǎn)提供的推薦信任值，并降低其誠(chéng)實(shí)度系數(shù)。使其之后的評(píng)價(jià)不具有較高的作用。引入誠(chéng)實(shí)度系數(shù)之后，可以有效的抵抗惡意誹謗攻擊行為。

2 算法描述

傳統(tǒng)的WSN路由算法主要在能量上進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，假設(shè)所有節(jié)點(diǎn)都不會(huì)被俘獲成為惡意節(jié)點(diǎn)，但是在配電網(wǎng)故障檢測(cè)中，由于傳感器節(jié)點(diǎn)暴露在無(wú)人看管的地域內(nèi)。這種假設(shè)顯然是不合理的。所以本文設(shè)計(jì)一種面向配電網(wǎng)故障檢測(cè)的可靠路由算法（A Reliable WSN routing algorithm for Detecting Distribution network Fault）RDDF。綜合考慮無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能耗以及其可靠性，在簇頭選舉及簇間多跳過(guò)程中引入信任值，避免惡意節(jié)點(diǎn)對(duì)路由可信性造成影響。本文算法主要分為兩個(gè)階段，簇頭選擇階段及簇間多跳數(shù)據(jù)傳輸階段。

2.1 簇頭選擇階段

在層次型路由算法中，簇頭負(fù)責(zé)融合簇內(nèi)成員傳送的數(shù)據(jù)，并將融合后的數(shù)據(jù)傳送至基站，如何保證簇頭節(jié)點(diǎn)可信是需要考慮的一個(gè)問(wèn)題。本文將信任值引入到簇頭的選舉過(guò)程中，一方面，使正常節(jié)點(diǎn)避免加入完全不可信簇頭。另一方面，使正常簇頭拒絕完全不可信節(jié)點(diǎn)的加入。圖1是未引入信任值的分簇，圖2是引入信任值的分簇。具體過(guò)程如下：

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)初始化之后或當(dāng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期之后，每個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)0-1的隨機(jī)數(shù)，并計(jì)算一個(gè)門(mén)限值T(n)，若隨機(jī)數(shù)小于此門(mén)限值，則成為候選簇頭節(jié)點(diǎn)，并向其余節(jié)點(diǎn)廣播自己為候選簇頭的消息。門(mén)限值計(jì)算公式如下：

式中，Ecurret(i)為能量因子，其定義在下一節(jié)進(jìn)行介紹，目的是使剩余能量多的節(jié)點(diǎn)更容易當(dāng)選簇頭。普通節(jié)點(diǎn)對(duì)其信任值進(jìn)行計(jì)算并檢驗(yàn)，如果其信任值比預(yù)定閾值低，則直接進(jìn)行排除。高于此閾值進(jìn)入可信簇頭候選集。在可信簇頭候選集中，節(jié)點(diǎn)選擇各自通信代價(jià)最小的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加入。同時(shí)可信簇頭會(huì)拒絕信任值低的完全不可信節(jié)點(diǎn)加入。這樣可以把完全不可信節(jié)點(diǎn)排除在網(wǎng)絡(luò)之外，節(jié)點(diǎn)與距離自己最近的可信簇頭連接，達(dá)到路由可信可靠的目的。由圖1、圖2可以看出，引入信任值之后可以將完全不可信節(jié)點(diǎn)排除在網(wǎng)絡(luò)之外。

圖1 未引入信任值的分簇結(jié)構(gòu)

圖2 引入信任值的分簇結(jié)構(gòu)

2.2 簇間多跳數(shù)據(jù)傳輸階段

在數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸階段，為了避開(kāi)惡意簇頭節(jié)點(diǎn)作為下一跳，并綜合下一跳位置，距Sink節(jié)點(diǎn)距離與剩余能量是本階段的主要考慮因素，故可以設(shè)置轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)位置因子。

如圖3所示，圖中θ越小，代表轉(zhuǎn)發(fā)路徑越短，越接近于直線，則可以通過(guò)更少的跳數(shù)到達(dá)Sink節(jié)點(diǎn)。則可以求出轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)位置因子：

式中，da,i表示a簇頭與其發(fā)送半徑內(nèi)各個(gè)簇頭的距離。da,sink表示發(fā)送數(shù)據(jù)簇頭與Sink節(jié)點(diǎn)的距離，di,sink表示a節(jié)點(diǎn)發(fā)送半徑內(nèi)各個(gè)簇頭與Sink節(jié)點(diǎn)的距離。其值分布范圍在［0-1］區(qū)間。在其小于0.5時(shí)，說(shuō)明θ大于90o。若所有中繼簇頭節(jié)點(diǎn)的位置因子都小于0.5，則路由陷入空洞問(wèn)題，所以可以利用此值來(lái)判斷其是否陷入空洞。其值越大，代表θ越小，表示轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)位置更好。

圖3 簇間多跳示意圖

節(jié)點(diǎn)會(huì)選擇其功率半徑范圍內(nèi)距離Sink節(jié)點(diǎn)更近的簇頭，有轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)距離因子有如下定義：

式中，di,sink表示轉(zhuǎn)發(fā)簇頭節(jié)點(diǎn)與基站的距離，dmax，dmin分別表示網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)與Sink節(jié)點(diǎn)的最大距離與最小距離。其值分布范圍也在［0-1］區(qū)間。當(dāng)其值越大，表示中繼簇頭距離Sink節(jié)點(diǎn)越近。

在簇間多跳的選擇中，節(jié)點(diǎn)剩余能量是必須要考慮的因素之一，所以可以定義能量因子：

式中，E(i)代表節(jié)點(diǎn)剩余能量，E0代表節(jié)點(diǎn)初始能量。其值越大，則代表節(jié)點(diǎn)剩余能量越多。

路由的可信度也是本文所考慮的重點(diǎn)之一。中繼節(jié)點(diǎn)的綜合信任值CT越高，其當(dāng)選為中繼節(jié)點(diǎn)的可能性也就越大。根據(jù)CT值的分布可以將節(jié)點(diǎn)分為完全可信節(jié)點(diǎn)，不完全可信節(jié)點(diǎn)，完全不可信節(jié)點(diǎn)。

最后的路由策略是：利用判決函數(shù)

利用此判決函數(shù)可以排除完全不可信節(jié)點(diǎn)參與網(wǎng)絡(luò)通信行為。選舉出判決函數(shù)值最大的兩個(gè)中繼簇頭節(jié)點(diǎn)，利用能量因子Ecurret(i)選擇其中更大的一個(gè)作為簇頭的中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。其中σ1，σ2的取值取決于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境。經(jīng)過(guò)多次仿真驗(yàn)證，β取為0.2，σ1取為0.2，σ2取為0.8。

3 實(shí)驗(yàn)與仿真

本文的仿真環(huán)境為MATLAB，仿真重點(diǎn)為RDDF算法與LEACH算法以及SRBNT三種算法的生命周期以及兩種算法安全性。400個(gè)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布在200x200的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境內(nèi)，SINK節(jié)點(diǎn)分布在監(jiān)測(cè)區(qū)域外，坐標(biāo)為（250，250），假設(shè)節(jié)點(diǎn)間已經(jīng)通過(guò)行為交互以及信息檢測(cè)交換，網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)已經(jīng)得到其鄰居節(jié)點(diǎn)的信任值。在網(wǎng)絡(luò)中10%的節(jié)點(diǎn)為完全可信節(jié)點(diǎn)，10%的節(jié)點(diǎn)為完全不可信節(jié)點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn)為不完全可信節(jié)點(diǎn)。在仿真中假設(shè)完全不可信節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)送經(jīng)過(guò)其偽造的虛假的數(shù)據(jù)包，影響故障檢測(cè)的正確性。

3.1 網(wǎng)絡(luò)生命周期對(duì)比

由圖4中可以看出RDDF算法無(wú)論是在首個(gè)節(jié)點(diǎn)死亡的輪數(shù)，還是整體的生命周期都優(yōu)于LEACH算法與SRBNT算法，這是由于采用了多跳簇間路由，使網(wǎng)絡(luò)負(fù)載更為均衡，延長(zhǎng)了生命周期。尤其是第一個(gè)節(jié)點(diǎn)死亡的時(shí)間，明顯優(yōu)于LEAHC與SRBNT算法，說(shuō)明RDDF算法使各個(gè)節(jié)點(diǎn)均衡負(fù)載能量，具有更高的能效。RDDF算法與SRBNT算法最后節(jié)點(diǎn)未完全死亡是由于10%節(jié)點(diǎn)為完全不可信節(jié)點(diǎn)，未參與到網(wǎng)絡(luò)通信行為當(dāng)中。

圖4 死亡節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)對(duì)比

3.2 網(wǎng)絡(luò)安全性對(duì)比

在網(wǎng)絡(luò)安全性驗(yàn)證對(duì)比上面，為了減少仿真實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜度，可以做如下假設(shè)，完全可信節(jié)點(diǎn)不會(huì)發(fā)送虛假數(shù)據(jù)包并將接收的數(shù)據(jù)包完全轉(zhuǎn)發(fā)，完全不可信節(jié)點(diǎn)一定會(huì)發(fā)送虛假數(shù)據(jù)包并將接收的數(shù)據(jù)包完全丟棄不進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，不完全可信節(jié)點(diǎn)發(fā)送虛假數(shù)據(jù)包或接收到數(shù)據(jù)包丟棄不進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的概率與其信任值的大小成反比。

由圖5可以看出，RDDF由于在分簇階段與簇間多跳階段引入信任值，將完全不可信節(jié)點(diǎn)排除在網(wǎng)絡(luò)通信行為之外，即惡意節(jié)點(diǎn)接收的虛假包比例明顯低于LEACH算法。另外，RDDF算法的基站接收虛假包比例也略小于SRBNT算法，這是由于RDDF算法在多跳路由階段，信任值也作為一個(gè)重要指標(biāo)，提高了算法的可信度，說(shuō)明RDDF算法在防范惡意節(jié)點(diǎn)篡改攻擊行為時(shí)略優(yōu)于SRBNT算法。

圖5 Sink節(jié)點(diǎn)收到虛假包比例對(duì)比

由圖6可以看出，RDDF由于在分簇階段與簇間多跳階段引入信任值，將完全不可信節(jié)點(diǎn)排除在網(wǎng)絡(luò)通信行為之外，丟棄數(shù)據(jù)包比例明顯低于LEACH算法。另外，RDDF算法的基站丟棄數(shù)據(jù)包比例也略小于SRBNT算法，并且隨著時(shí)間推移，差距越來(lái)越大。證明RDDF算法在防范惡意節(jié)點(diǎn)黑洞攻擊時(shí)略優(yōu)于SRBNT算法。

圖6 節(jié)點(diǎn)丟棄數(shù)據(jù)包比例對(duì)比

整體分析來(lái)說(shuō)，RDDF算法由于引入信任體系來(lái)抵擋被獲的惡意節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)通信行為攻擊，較LEACH算法在可信性上有很大提升，而與同樣引入信任體系的SRNBT算法來(lái)說(shuō)，雖然在可信性上的對(duì)比只有較小的優(yōu)勢(shì)，但是在能量均衡上面要比SRNBT算法出色很多。綜上所述，RDDF算法在經(jīng)過(guò)仿真驗(yàn)證之后，確實(shí)比LEACH以及SRNBT算法有著明顯的優(yōu)化。

4 結(jié)論

本文針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由可信性問(wèn)題，結(jié)合配電網(wǎng)故障檢測(cè)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求，對(duì)無(wú)線傳感器路由節(jié)點(diǎn)信任值進(jìn)行了重定義，并改進(jìn)了原有的信任值計(jì)算方法。采用改進(jìn)后的信任值作為節(jié)點(diǎn)入簇與數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程的判斷依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了防止惡意節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行篡改、黑洞攻擊等惡意行為的目標(biāo)，有效提高了網(wǎng)絡(luò)的可信性，減少了數(shù)據(jù)傳輸能量消耗。下一步將開(kāi)展信任管理與傳統(tǒng)加密機(jī)制的集成性方面的研究。

［1］任豐原，黃海寧，林闖.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)［J］.軟件學(xué)報(bào)，2003，14（7）：1252-1291.

［2］李建中，李金寶，石勝飛.傳感器網(wǎng)絡(luò)及其數(shù)據(jù)管理的概念、問(wèn)題與進(jìn)展［J］.軟件學(xué)報(bào)，2003，14（10）：1717-1727.

［3］馬華東，陶丹.多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)及其研究進(jìn)展［J］.軟件學(xué)報(bào)，2006，17（9）：2013-2028.

［4］唐金銳，尹項(xiàng)根，張哲，等.配電網(wǎng)故障自動(dòng)定位技術(shù)研究綜述［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2013，33（5）：7-13.

［5］苗世洪，諶小莉，劉沛，等.基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的配電線路故障定位方案［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32（20）：61-66.

［6］鄭思銘.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在配電網(wǎng)故障定位中的應(yīng)用［J］.電工電氣，2012（5）：35-38.

［7］戴瑩，王建平，張崇巍.基于城市配電網(wǎng)的無(wú)線自組傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究［J］.電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2012，26（10）：864-869.

［8］喬學(xué)工，王哲，王華倩，等.基于權(quán)值的非均勻分簇路由算法［J］.傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2014，27（1）：107-112.

［9］陳炳才，么華卓，楊明川，等.一種基于LEACH協(xié)議改進(jìn)的簇間多跳路由協(xié)議［J］.傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2014，27（3）：373-377.

［10］Sharma M，Sharma K.An Energy Efficient Extended Leach（EEE Leach）［C］//Communication Systems and Network Technologies（CSNT），2012 International Conference on.IEEE，2012：377-382.

［11］Khedikar R，Kapur A，Chawhan M D.Energy Efficient Wireless Sensor Network［C］//Electronic Systems，Signal Processing and Computing Technologies（ICESC），2014 International Conference on.IEEE，2014：29-33.

［12］白恩健，葛華勇，楊陽(yáng).分簇?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全多路徑路由協(xié)議［J］.哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，33（4）：507-511.

［13］王潮，賈翔宇，林強(qiáng).基于可信度的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全路由算法［J］.通信學(xué)報(bào)，2009，29（11）：105-112.

［14］吳銀鋒，周翔，馮仁劍，等.基于節(jié)點(diǎn)信任值的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全路由［J］.儀器儀表學(xué)報(bào)，2012，33（1）：221-228.

［15］Heinzelman W，Chandrakasan A，Balakrishnan H.Energy-Efficient Communication Protocol for Wireless Microsensor Networks［J］.IEEE Proceedings of the Hawaii Int’l Conf System Science，2000：3005-3014.

［16］Theodorakopoulos G，Baras J S.On Trust Models and Trust Evaluation Metrics for Ad Hoc Networks［J］.Selected Areas in Communications，IEEE Journal on，2006，24（2）：318-328.

［17］Zhang C，Zhu X，Song Y，et al.A Formal Study of Trust-Based Routing in Wireless Ad Hoc Networks［C］//INFOCOM，2010 Proceedings IEEE.IEEE，2010：1-9.

［18］Duan J，Yang D，Zhu H，et al.TSRF：A Trust-Aware Secure Routing Framework in Wireless Sensor Networks［J］.International Journal of Distributed Sensor Networks，2014.

劉耀先（1990-），男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)闊o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，lpxlyx@ 126.com；

孫 毅（1972-），男，教授，博士，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)通信、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)；

韋 磊（1982-），男，高級(jí)工程師，博士，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)通信、電力系統(tǒng)自動(dòng)化。

A Reliable WSN Routing Algorithm for Detecting Distribution Network Fault*

LIU Yaoxian1，SUN Yi2*，WEI Lei3，DUAN Quansheng1
（1.College of Control and Computer Engineering，North China Electric Power University，Beijing 102206，China；2.College of Electrical and Electronic Engineering，North China Electric Power University，Beijing 102206，China；3.Nanjing Power Supply Company，Nanjing 210019，China）

In order to meet the reliability requirements of wireless sensor network applied to distribution network fault detection，a Reliable WSN routing algorithm for Detecting Distribution network Fault（RDDF）was proposed.The algorithm presented a new lightweight trust value calculation method to prevent attacks on trust model.During the multi-hop between clusters and the election of cluster heads，the trust value was introduced to avoid malicious nodes affecting network reliability.According to the location factor，distance factor，trust value and residual energy of cluster nodes，the algorithm can choose the most appropriate forwarding cluster nodes to optimize the routing in the stage of multiple hops between clusters.The simulation results show that the algorithm could effectively eliminate malicious nodes，prevent malicious attacks and prolong the network life time at the same time.

detecting distribution network fault；wireless sensor network；trust value；multi-hop routing

TP393

A

1004-1699（2015）08-1233-06

??7230

10.3969/j.issn.1004-1699.2015.08.022

項(xiàng)目來(lái)源：國(guó)家電網(wǎng)公司科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目（SGIT0000KJJS1500008）

2015-01-11 修改日期：2015-06-03