一种基于监督机制的工业物联网安全数据融合方法

文/刘伟

目前，物联网技术已经在工业领域得到了一定的应用，但是在实际应用中，其节点数量庞大、信息冗余度高等问题却与有限的能量出现了较大的矛盾，对此有必要引入数据融合技术，对工业物联网中存在的数据进行冗余处理，促进数据采集效率以及可靠性的提升，同时节省网络能量。而在数据融合的过程中安全则是一个需要格外关注的问题。

1 工业物联网数据融合存在的问题以及安全数据融合方法设计思路

1.1 工业物联网数据融合面临的安全问题

在工业物联网数据融合时，其面临的安全问题主要是恶意节点发送的错误信息以及虚假信息对整个融合项目带来的恶劣影响。在数据融合后，融合数据在传输的过程中也存在一定的安全问题，如路由遭受的伪造、篡改攻击等。此外，在数据融合的过程中，网络的鲁棒性会大幅度降低，使其面临一定的安全威胁。

1.2 安全数据融合方法的设计思路

当前阶段，数据融合安全方案基本上由两大类构成，分别是基于数据保密性的数据融合以及基于数据完整性的数据融合。前者是指节点上传数据和融合节点上传的融合结果在传输过程中的保密性，这样可以避免窃听、节点捕捉等手段的威胁。后者则是防止恶意节点捕捉网内节点对网内数据进行伪造或是篡改，一次保障数据信息的完整性和可靠性。但传统方案却普遍存在通信开销大、交互频繁等缺陷。

综合以上内容，本文将提出一种基于监督机制的安全数据融合方法，以其在保障数据融合安全的前提下降低通信开销，具体内容如下：首先，将数据通过影射处理转化为模式码，这样不仅可以保证数据保密性，还可以加快融合速度，降低开销。其次，引入监督机制，可以基于分簇算法同时选取融合节点和监督节点，不会出现额外的通信开销，但却使得网络的鲁棒性大幅度提升。

2 基于监督机制的工业物联网安全数据融合方法设计

2.1 方案设计

2.1.1 对相关术语进行明确

在工业物联网安全数据融合方法中，融合节点是指对簇内节点信息进行融合的节点。监督节点是指簇内基站制定或四季选取的普通节点，其作用是通过对融合信息的监督保障其可靠性。监督周期是指监督者对融合节点进行监督的周期。

2.1.2 模式码的应用

模式码是指将通过特殊算法将实际采集信息转化为没有物理意义编码的编码形式。在数据融合中，模式码的计算和生成都是由基站负责处理，融合节点只需将相关数据映射成模式码即可。模式码传播的信息对外界节点不可知且呈现出周期变化特征。同时模式码虽然内容简短，在其中蕴含着大量的信息，大幅度的降低了传播能耗。

2.1.3 系统假设

基于监督机制的工业物联网安全数据融合方法的事实需要一定的基础，具体包括以下方面：

（1）网络中节点资源和功能俱相同。

（2） 任意节点都具备接受簇内其他节点报文的功能。

（3）基站设定具有可靠性。

（4）成簇算法、加密算法、认证方法等安全有效。

2.2 具体实施流程

2.2.1 网络成簇阶段

这一阶段分为两个方面：

（1）基于常用的成簇形式，通过网络节点自行组织成簇，对融合节点和监督节点进行选举。节点会生成一个随机数，之后将自身能量值和随即数值加入到融合节点请求报文和监督节点请求报文中。簇内节点在接收到相邻节点的融合请求报文以及监督请求报文后，通过能量值的对比选出高者作为簇内融合节点、低者作为簇内监督节点。

（2）生成和下发模式码。节点将采集数据使用基站的对偶密匙加密后经融合阶段发送到基站，之后通过基站将其映射成模式码，同时下发数据和模式码的对应关系。

2.2.2 融合信息监督阶段

节点接收到模式码后即开启数据融合，在此过程中，簇内的节点会将原始数据映射为模式码，经密匙加密后发送到融合节点。融合节点会对报文类型进行判断，采取留存或是传送到基站的处理方式。监督节点会在上述过程中同步接收到目的地址为本簇融合节点的报文，若该地址不为自身则将其抛弃，之后采用相同的融合算法生成监督报文，将该报文经基站对偶密匙加密后，通过融合节点转发到基站。

2.2.3 信息处理阶段

基站在接收到来自融合节点以及监督节点的信息后，会在一定的处理程序后判断数据融合信息的可靠性，若是则生成正确信息，若否则发送撤销融合节点和监督节点信息。一旦接收到紧急报文表明数据变化超过阈值，则发出报警，同时对预期融合数值进行修正。当簇周期结束或是手动撤销融合节点和监督节点的报文之后，粗捏节点将重新从融合节点和监督节点选举开展运行整套流程。若是撤销报文，则融合节点以及监督节点重新选举后，用与基站的对偶密匙加密上传存储的模式码不融合，使一段期间内采集到的数据得到恢复。基站则会根据节点存储的历史数据信息，对其中存在的错误数据进行修正。

3 结语

随着物联网技术的快速发展，其在工业领域中的应用越来越广泛，但信息安全问题一直阻碍着其应用范围的扩大。工业物联网中节点资源受限,数据融合是减少能耗最重要的技术之一。为了保障工业物联网中数据在融合过程的安全性,提出一种基于监督机制的工业物联网安全数据融合方法对此，本文通过深入探讨分析，基于工业物联网数据融合中面临的安全威胁以及现有安全方案存在的缺陷，提出了基于监督机制和模式码的安全数据融合方法，使得数据融合的效果得到了大幅度的提升。