一種基于監督機制的工業物聯網安全數據融合方法

文/劉偉

目前，物聯網技術已經在工業領域得到了一定的應用，但是在實際應用中，其節點數量龐大、信息冗余度高等問題卻與有限的能量出現了較大的矛盾，對此有必要引入數據融合技術，對工業物聯網中存在的數據進行冗余處理，促進數據采集效率以及可靠性的提升，同時節省網絡能量。而在數據融合的過程中安全則是一個需要格外關注的問題。

1 工業物聯網數據融合存在的問題以及安全數據融合方法設計思路

1.1 工業物聯網數據融合面臨的安全問題

在工業物聯網數據融合時，其面臨的安全問題主要是惡意節點發送的錯誤信息以及虛假信息對整個融合項目帶來的惡劣影響。在數據融合后，融合數據在傳輸的過程中也存在一定的安全問題，如路由遭受的偽造、篡改攻擊等。此外，在數據融合的過程中，網絡的魯棒性會大幅度降低，使其面臨一定的安全威脅。

1.2 安全數據融合方法的設計思路

當前階段，數據融合安全方案基本上由兩大類構成，分別是基于數據保密性的數據融合以及基于數據完整性的數據融合。前者是指節點上傳數據和融合節點上傳的融合結果在傳輸過程中的保密性，這樣可以避免竊聽、節點捕捉等手段的威脅。后者則是防止惡意節點捕捉網內節點對網內數據進行偽造或是篡改，一次保障數據信息的完整性和可靠性。但傳統方案卻普遍存在通信開銷大、交互頻繁等缺陷。

綜合以上內容，本文將提出一種基于監督機制的安全數據融合方法，以其在保障數據融合安全的前提下降低通信開銷，具體內容如下：首先，將數據通過影射處理轉化為模式碼，這樣不僅可以保證數據保密性，還可以加快融合速度，降低開銷。其次，引入監督機制，可以基于分簇算法同時選取融合節點和監督節點，不會出現額外的通信開銷，但卻使得網絡的魯棒性大幅度提升。

2 基于監督機制的工業物聯網安全數據融合方法設計

2.1 方案設計

2.1.1 對相關術語進行明確

在工業物聯網安全數據融合方法中，融合節點是指對簇內節點信息進行融合的節點。監督節點是指簇內基站制定或四季選取的普通節點，其作用是通過對融合信息的監督保障其可靠性。監督周期是指監督者對融合節點進行監督的周期。

2.1.2 模式碼的應用

模式碼是指將通過特殊算法將實際采集信息轉化為沒有物理意義編碼的編碼形式。在數據融合中，模式碼的計算和生成都是由基站負責處理，融合節點只需將相關數據映射成模式碼即可。模式碼傳播的信息對外界節點不可知且呈現出周期變化特征。同時模式碼雖然內容簡短，在其中蘊含著大量的信息，大幅度的降低了傳播能耗。

2.1.3 系統假設

基于監督機制的工業物聯網安全數據融合方法的事實需要一定的基礎，具體包括以下方面：

（1）網絡中節點資源和功能俱相同。

（2） 任意節點都具備接受簇內其他節點報文的功能。

（3）基站設定具有可靠性。

（4）成簇算法、加密算法、認證方法等安全有效。

2.2 具體實施流程

2.2.1 網絡成簇階段

這一階段分為兩個方面：

（1）基于常用的成簇形式，通過網絡節點自行組織成簇，對融合節點和監督節點進行選舉。節點會生成一個隨機數，之后將自身能量值和隨即數值加入到融合節點請求報文和監督節點請求報文中。簇內節點在接收到相鄰節點的融合請求報文以及監督請求報文后，通過能量值的對比選出高者作為簇內融合節點、低者作為簇內監督節點。

（2）生成和下發模式碼。節點將采集數據使用基站的對偶密匙加密后經融合階段發送到基站，之后通過基站將其映射成模式碼，同時下發數據和模式碼的對應關系。

2.2.2 融合信息監督階段

節點接收到模式碼后即開啟數據融合，在此過程中，簇內的節點會將原始數據映射為模式碼，經密匙加密后發送到融合節點。融合節點會對報文類型進行判斷，采取留存或是傳送到基站的處理方式。監督節點會在上述過程中同步接收到目的地址為本簇融合節點的報文，若該地址不為自身則將其拋棄，之后采用相同的融合算法生成監督報文，將該報文經基站對偶密匙加密后，通過融合節點轉發到基站。

2.2.3 信息處理階段

基站在接收到來自融合節點以及監督節點的信息后，會在一定的處理程序后判斷數據融合信息的可靠性，若是則生成正確信息，若否則發送撤銷融合節點和監督節點信息。一旦接收到緊急報文表明數據變化超過閾值，則發出報警，同時對預期融合數值進行修正。當簇周期結束或是手動撤銷融合節點和監督節點的報文之后，粗捏節點將重新從融合節點和監督節點選舉開展運行整套流程。若是撤銷報文，則融合節點以及監督節點重新選舉后，用與基站的對偶密匙加密上傳存儲的模式碼不融合，使一段期間內采集到的數據得到恢復。基站則會根據節點存儲的歷史數據信息，對其中存在的錯誤數據進行修正。

3 結語

隨著物聯網技術的快速發展，其在工業領域中的應用越來越廣泛，但信息安全問題一直阻礙著其應用范圍的擴大。工業物聯網中節點資源受限,數據融合是減少能耗最重要的技術之一。為了保障工業物聯網中數據在融合過程的安全性,提出一種基于監督機制的工業物聯網安全數據融合方法對此，本文通過深入探討分析，基于工業物聯網數據融合中面臨的安全威脅以及現有安全方案存在的缺陷，提出了基于監督機制和模式碼的安全數據融合方法，使得數據融合的效果得到了大幅度的提升。