CN108235276A - 基于物联网的传感器节点运行系统及传感器节点运行方法 - Google Patents

基于物联网的传感器节点运行系统及传感器节点运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明适用于信息安全技术领域，提供了基于物联网的传感器节点运行系统及传感器节点运行方法，系统包括多个传感器节点和汇聚节点，传感器节点将物联网数据包发送至汇聚节点；汇聚节点检测第二散列值与第一散列值是否相同，倘若不同，判定物联网数据包被篡改，将物联网数据包标记为被篡改物联网数据包，统计被篡改物联网数据包个数，采用预设的节点可靠度生成模型以及被篡改物联网数据包个数，生成传感器节点当前的节点可靠度，判断当前的节点可靠度是否小于预设阈值，倘若小于，判定传感器节点为恶意传感器节点，采用屏蔽模式，屏蔽恶意传感器节点发送的物联网数据包。本发明使得恶意传感器节点无法攻击物联网，提高了物联网的安全性。

Description

基于物联网的传感器节点运行系统及传感器节点运行方法
技术领域
本发明属于信息安全技术领域，尤其涉及基于物联网的传感器节点运行系统及传感器节点运行方法。
背景技术
传感器节点是一种微型嵌入式设备，要求它的价格低、功耗小，些限制必然导致其携带的微控制器能力比较弱、存储器容量比较小。为了完成各种任务，传感器节点需要完成监测数据的采集和转换、数据的管理和处理、应答汇聚节点的任务请求和节点控制等多种工作。
然而，现有的传感器节点运行系统，难以识别恶意传感器节点，不利于提高物联网信息传输的安全性。其原因在于，传感器节点处于物联网感知层，物联网感知层是没有考虑安全性的，因此，任意一个传感器节点均可在物联网感知层运行，当恶意传感器节点假冒一个合法传感器节点时，恶意传感器节点会采用数据篡改和数据伪造等手段，注入攻击指令，攻击物联网，扰乱了正常的物联网信息传输，影响了物联网信息传输的安全性。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于物联网的传感器节点运行系统，旨在解决现有的传感器节点运行系统，难以识别恶意传感器节点，不利于提高物联网信息传输的安全性的问题。
本发明实施例的第一方面，提供了一种基于物联网的传感器节点运行系统，包括多个传感器节点和汇聚节点，所述传感器节点包括微控制器、内部时钟触发电路、外部信号唤醒电路、温湿度传感器、PM2.5传感器、射频电路和电源电路，所述电源电路为整个传感器节点供电，所述内部时钟触发电路、外部信号唤醒电路、射频电路、温湿度传感器和PM2.5传感器分别与微控制器相连；所述汇聚节点包括处理器、处理器开发板、存储模块和NB-IoT模块，所述处理器和存储模块设置在处理器开发板上，所述存储模块和NB-IoT模块均与所述处理器相连；
所述汇聚节点给所述传感器节点分配密钥以及节点编号；
所述传感器节点接收所述密钥以及节点编号，将采集到的数据信息、所述密钥以及节点编号合并，生成第一合并信息，根据预设哈希函数以及所述第一合并信息，生成所述第一合并信息的第一散列值；
所述传感器节点将采集到的数据信息以及所述散列值打包，生成物联网数据包；
所述传感器节点将物联网数据包发送至所述汇聚节点；
所述汇聚节点采用接收模式与所述传感器节点进行物联网通信，接收所述传感器节点发送的物联网数据包，在所述物联网数据包中提取数据信息，将提取到的数据信息、所述密钥以及节点编号合并，生成第二合并信息，根据预设哈希函数以及所述第二合并信息，生成所述第二合并信息的第二散列值；
所述汇聚节点检测所述第二散列值与所述第一散列值是否相同，倘若不同，判定所述物联网数据包被篡改，将所述物联网数据包标记为被篡改物联网数据包，统计被篡改物联网数据包个数，采用预设的节点可靠度生成模型以及所述被篡改物联网数据包个数，生成所述传感器节点当前的节点可靠度，判断当前的节点可靠度是否小于预设阈值，倘若当前的节点可靠度小于预设阈值，判定所述传感器节点为恶意传感器节点，将所述接收模式设为屏蔽模式，采用屏蔽模式，屏蔽所述恶意传感器节点发送的物联网数据包；
其中，所述节点可靠度生成模型，具体为：
C(m)＝C(m-1)-w*log10(i+1)；
其中，C(m)为所述传感器节点当前的节点可靠度，i为被篡改物联网数据包个数，C(m-1)为所述传感器节点上一次的节点可靠度，C(m)随着被篡改物联网数据包个数的增多而减小，w是预设的权重值，用于决定节点可靠度的变化幅度。
进一步地，在上述基于物联网的传感器节点运行系统中，
所述温湿度传感器采集自身监测范围内的温湿度信号，并将所述温湿度信号传送给所述微控制器；
所述PM2.5传感器采集自身监测范围内的PM2.5信号，并将所述PM2.5信号传送给所述微控制器；
所述微控制器将接收到的所述温湿度信号和所述PM2.5信号作为所述传感器节点采集到的数据信息。
进一步地，在上述基于物联网的传感器节点运行系统中，所述传感器节点通过所述射频电路，将物联网数据包发送至所述汇聚节点。
进一步地，在上述基于物联网的传感器节点运行系统中，所述传感器节点在外壳上开设有启动电源电路的开关。
进一步地，在上述基于物联网的传感器节点运行系统中，所述开关为触控开关。
进一步地，在上述基于物联网的传感器节点运行系统中，所述传感器节点还包括：采集环境声音的麦克风。
进一步地，在上述基于物联网的传感器节点运行系统中，所述汇聚节点还包括：连接网关节点的WIFI网络模块。
进一步地，在上述基于物联网的传感器节点运行系统中，所述汇聚节点还包括：连接网关节点的4G网络模块或5G网络模块。
本发明实施例的第二方面，提供了一种基于权利要求1所述传感器节点运行系统的传感器节点运行方法，包括：
所述汇聚节点给接入物联网的传感器节点分配密钥以及节点编号；
所述传感器节点接收所述密钥以及节点编号，将采集到的数据信息、所述密钥以及节点编号合并，生成第一合并信息，根据预设哈希函数以及所述第一合并信息，生成所述第一合并信息的第一散列值；
所述传感器节点将采集到的数据信息以及所述散列值打包，生成物联网数据包；
所述传感器节点将物联网数据包发送至所述汇聚节点；
所述汇聚节点采用接收模式与所述传感器节点进行物联网通信，接收所述传感器节点发送的物联网数据包，在所述物联网数据包中提取数据信息，将提取到的数据信息、所述密钥以及节点编号合并，生成第二合并信息，根据预设哈希函数以及所述第二合并信息，生成所述第二合并信息的第二散列值；
所述汇聚节点检测所述第二散列值与所述第一散列值是否相同，倘若不同，判定所述物联网数据包被篡改，将所述物联网数据包标记为被篡改物联网数据包，统计被篡改物联网数据包个数，采用预设的节点可靠度生成模型以及所述被篡改物联网数据包个数，生成所述传感器节点当前的节点可靠度，判断当前的节点可靠度是否小于预设阈值，倘若当前的节点可靠度小于预设阈值，判定所述传感器节点为恶意传感器节点；
所述汇聚节点将所述接收模式设为屏蔽模式，采用屏蔽模式，屏蔽所述恶意传感器节点发送的物联网数据包；
其中，所述节点可靠度生成模型，具体为：
C(mm＝C(m-1)-w*log10(i+1)；
其中，C(m)为所述传感器节点当前的节点可靠度，i为被篡改物联网数据包个数，C(m-1)为所述传感器节点上一次的节点可靠度，C(m)随着被篡改物联网数据包个数的增多而减小，w是预设的权重值，用于决定节点可靠度的变化幅度。
进一步地，在所述的传感器节点运行方法中，在所述汇聚节点将所述接收模式设为屏蔽模式，采用屏蔽模式，屏蔽所述恶意传感器节点发送的物联网数据包之后，所述汇聚节点还用于向所述物联网节点发送重启请求，以使所述物联网节点重新启动。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
汇聚节点在当前的节点可靠度小于预设阈值时，判定传感器节点为恶意传感器节点，将接收模式设为屏蔽模式，采用屏蔽模式，屏蔽恶意传感器节点发送的物联网数据包，由于屏蔽了恶意传感器节点发送的物联网数据包，使得恶意传感器节点无法攻击物联网，因此能杜绝恶意传感器节点带来的安全威胁，有利于提高物联网的安全性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于物联网的传感器节点运行系统的结构框图；
图2是本发明实施例提供的传感器节点运行方法的实施流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
图1是本发明实施例提供的基于物联网的传感器节点运行系统的结构框图，详述如下：
本发明实施例提供了一种基于物联网的传感器节点运行系统，包括多个传感器节点和汇聚节点，所述传感器节点包括微控制器、内部时钟触发电路、外部信号唤醒电路、温湿度传感器、PM2.5传感器、射频电路和电源电路，所述电源电路为整个传感器节点供电，所述内部时钟触发电路、外部信号唤醒电路、射频电路、温湿度传感器和PM2.5传感器分别与微控制器相连；所述汇聚节点包括处理器、处理器开发板、存储模块和NB-IoT模块，所述处理器和存储模块设置在处理器开发板上，所述存储模块和NB-IoT模块均与所述处理器相连；
所述汇聚节点给所述传感器节点分配密钥以及节点编号；
所述传感器节点接收所述密钥以及节点编号，将采集到的数据信息、所述密钥以及节点编号合并，生成第一合并信息，根据预设哈希函数以及所述第一合并信息，生成所述第一合并信息的第一散列值；
所述传感器节点将采集到的数据信息以及所述散列值打包，生成物联网数据包；
所述传感器节点将物联网数据包发送至所述汇聚节点；
所述汇聚节点采用接收模式与所述传感器节点进行物联网通信，接收所述传感器节点发送的物联网数据包，在所述物联网数据包中提取数据信息，将提取到的数据信息、所述密钥以及节点编号合并，生成第二合并信息，根据预设哈希函数以及所述第二合并信息，生成所述第二合并信息的第二散列值；
所述汇聚节点检测所述第二散列值与所述第一散列值是否相同，倘若不同，判定所述物联网数据包被篡改，将所述物联网数据包标记为被篡改物联网数据包，统计被篡改物联网数据包个数，采用预设的节点可靠度生成模型以及所述被篡改物联网数据包个数，生成所述传感器节点当前的节点可靠度，判断当前的节点可靠度是否小于预设阈值，倘若当前的节点可靠度小于预设阈值，判定所述传感器节点为恶意传感器节点，将所述接收模式设为屏蔽模式，采用屏蔽模式，屏蔽所述恶意传感器节点发送的物联网数据包；
其中，所述节点可靠度生成模型，具体为：
C(m)＝C(m-1)-w*log10(i+1)；
其中，C(m)为所述传感器节点当前的节点可靠度，i为被篡改物联网数据包个数，C(m-1)为所述传感器节点上一次的节点可靠度，C(m)随着被篡改物联网数据包个数的增多而减小，w是预设的权重值，用于决定节点可靠度的变化幅度。
其中，C(m)的初始值为用户自设或系统默认，在此不做限制。
其中，w为用户自设或系统默认，在此不做限制。
其中，初始化时，由于不存在传感器节点上一次的节点可靠度，因此将传感器节点上一次的节点可靠度设为0，C(mm设为初始值，i为0。
其中，通过统计被篡改物联网数据包个数，避免出现因物联网数据包丢失部分数据，传感器节点误识别为恶意传感器节点的情况，提高了识别恶意传感器节点的有效性。
其中，所述传感器节点和所述汇聚节点采用的哈希函数相同。
其中，在判定所述传感器节点为恶意传感器节点，将所述接收模式设为屏蔽模式，采用屏蔽模式，屏蔽所述恶意传感器节点发送的物联网数据包之后，
所述汇聚节点还用于向相邻的其它汇聚节点，广播所述传感器节点为恶意传感器节点的消息。
所述汇聚节点给传感器节点分配密钥以及节点编号，传感器节点和节点编号的对应关系是一一对应，每个传感器节点均存在一个唯一的节点编号，传感器节点和密钥的对应关系是一一对应，每个传感器节点均存在一个唯一的密钥。
所述汇聚节点存储传感器节点和密钥的对应关系。
其中，NB-IoT模块为：基于蜂窝的窄带物联网(Narrow Band-Internet ofThings)的模块。
其中，采用统计函数，统计被篡改物联网数据包个数，统计函数能采用现有的任意一种统计函数，在此不做限制。
在本发明实施例中，汇聚节点在当前的节点可靠度小于预设阈值时，判定传感器节点为恶意传感器节点，将接收模式设为屏蔽模式，采用屏蔽模式，屏蔽恶意传感器节点发送的物联网数据包，由于屏蔽了恶意传感器节点发送的物联网数据包，使得恶意传感器节点无法攻击物联网，因此能杜绝恶意传感器节点带来的安全威胁，有利于提高物联网的安全性。
实施例二
图2是本发明实施例提供的传感器节点运行方法的实施流程图，详述如下：
S201，所述汇聚节点给接入物联网的传感器节点分配密钥以及节点编号；
S202，所述传感器节点接收所述密钥以及节点编号，将采集到的数据信息、所述密钥以及节点编号合并，生成第一合并信息，根据预设哈希函数以及所述第一合并信息，生成所述第一合并信息的第一散列值；
S203，所述传感器节点将采集到的数据信息以及所述散列值打包，生成物联网数据包；
S204，所述传感器节点将物联网数据包发送至所述汇聚节点；
S205，所述汇聚节点采用接收模式与所述传感器节点进行物联网通信，接收所述传感器节点发送的物联网数据包，在所述物联网数据包中提取数据信息，将提取到的数据信息、所述密钥以及节点编号合并，生成第二合并信息，根据预设哈希函数以及所述第二合并信息，生成所述第二合并信息的第二散列值；
S206，所述汇聚节点检测所述第二散列值与所述第一散列值是否相同，倘若不同，判定所述物联网数据包被篡改，将所述物联网数据包标记为被篡改物联网数据包，统计被篡改物联网数据包个数，采用预设的节点可靠度生成模型以及所述被篡改物联网数据包个数，生成所述传感器节点当前的节点可靠度，判断当前的节点可靠度是否小于预设阈值，倘若当前的节点可靠度小于预设阈值，判定所述传感器节点为恶意传感器节点；
S207，所述汇聚节点将所述接收模式设为屏蔽模式，采用屏蔽模式，屏蔽所述恶意传感器节点发送的物联网数据包；
其中，所述节点可靠度生成模型，具体为：
C(m)＝C(m-1)-w*log10(i+1)；
其中，C(m)为所述传感器节点当前的节点可靠度，i为被篡改物联网数据包个数，C(m-1)为所述传感器节点上一次的节点可靠度，C(m)随着被篡改物联网数据包个数的增多而减小，w是预设的权重值，用于决定节点可靠度的变化幅度。
在本发明实施例中，汇聚节点在当前的节点可靠度小于预设阈值时，判定传感器节点为恶意传感器节点，将接收模式设为屏蔽模式，采用屏蔽模式，屏蔽恶意传感器节点发送的物联网数据包，由于屏蔽了恶意传感器节点发送的物联网数据包，使得恶意传感器节点无法攻击物联网，因此能杜绝恶意传感器节点带来的安全威胁，有利于提高物联网的安全性。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现。所述的程序可以存储于可读取存储介质中，所述的存储介质，如随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器、电可擦写可编程存储器、寄存器等。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件执行本发明各个实施例所述的方法。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于物联网的传感器节点运行系统，其特征在于，包括多个传感器节点和汇聚节点，所述传感器节点包括微控制器、内部时钟触发电路、外部信号唤醒电路、温湿度传感器、PM2.5传感器、射频电路和电源电路，所述电源电路为整个传感器节点供电，所述内部时钟触发电路、外部信号唤醒电路、射频电路、温湿度传感器和PM2.5传感器分别与微控制器相连；所述汇聚节点包括处理器、处理器开发板、存储模块和NB-IoT模块，所述处理器和存储模块设置在处理器开发板上，所述存储模块和NB-IoT模块均与所述处理器相连；
所述汇聚节点给所述传感器节点分配密钥以及节点编号；
所述传感器节点接收所述密钥以及节点编号，将采集到的数据信息、所述密钥以及节点编号合并，生成第一合并信息，根据预设哈希函数以及所述第一合并信息，生成所述第一合并信息的第一散列值；
所述传感器节点将采集到的数据信息以及所述散列值打包，生成物联网数据包；
所述传感器节点将物联网数据包发送至所述汇聚节点；
所述汇聚节点采用接收模式与所述传感器节点进行物联网通信，接收所述传感器节点发送的物联网数据包，在所述物联网数据包中提取数据信息，将提取到的数据信息、所述密钥以及节点编号合并，生成第二合并信息，根据预设哈希函数以及所述第二合并信息，生成所述第二合并信息的第二散列值；
所述汇聚节点检测所述第二散列值与所述第一散列值是否相同，倘若不同，判定所述物联网数据包被篡改，将所述物联网数据包标记为被篡改物联网数据包，统计被篡改物联网数据包个数，采用预设的节点可靠度生成模型以及所述被篡改物联网数据包个数，生成所述传感器节点当前的节点可靠度，判断当前的节点可靠度是否小于预设阈值，倘若当前的节点可靠度小于预设阈值，判定所述传感器节点为恶意传感器节点，将所述接收模式设为屏蔽模式，采用屏蔽模式，屏蔽所述恶意传感器节点发送的物联网数据包；
其中，所述节点可靠度生成模型，具体为：
C(m)＝C(m-1)-w*log10(i+1)；
其中，C(m)为所述传感器节点当前的节点可靠度，i为被篡改物联网数据包个数，C(m-1)为所述传感器节点上一次的节点可靠度，C(m)随着被篡改物联网数据包个数的增多而减小，w是预设的权重值，用于决定节点可靠度的变化幅度。
2.如权利要求1所述的基于物联网的传感器节点运行系统，其特征在于，
所述温湿度传感器采集自身监测范围内的温湿度信号，并将所述温湿度信号传送给所述微控制器；
所述PM2.5传感器采集自身监测范围内的PM2.5信号，并将所述PM2.5信号传送给所述微控制器；
所述微控制器将接收到的所述温湿度信号和所述PM2.5信号作为所述传感器节点采集到的数据信息。
3.如权利要求1所述的基于物联网的传感器节点运行系统，其特征在于，所述传感器节点通过所述射频电路，将物联网数据包发送至所述汇聚节点。
4.如权利要求1所述的基于物联网的传感器节点运行系统，其特征在于，所述传感器节点在外壳上开设有启动电源电路的开关。
5.如权利要求1所述的基于物联网的传感器节点运行系统，所述开关为触控开关。
6.如权利要求1所述的基于物联网的传感器节点运行系统，其特征在于，所述传感器节点还包括：
采集环境声音的麦克风。
7.如权利要求1所述的基于物联网的传感器节点运行系统，其特征在于，所述汇聚节点还包括：
连接网关节点的WIFI网络模块。
8.如权利要求1所述的基于物联网的传感器节点运行系统，其特征在于，所述汇聚节点还包括：
连接网关节点的4G网络模块或5G网络模块。
9.一种基于权利要求1所述传感器节点运行系统的传感器节点运行方法，其特征在于，包括：
所述汇聚节点给接入物联网的传感器节点分配密钥以及节点编号；
所述传感器节点接收所述密钥以及节点编号，将采集到的数据信息、所述密钥以及节点编号合并，生成第一合并信息，根据预设哈希函数以及所述第一合并信息，生成所述第一合并信息的第一散列值；
所述传感器节点将采集到的数据信息以及所述散列值打包，生成物联网数据包；
所述传感器节点将物联网数据包发送至所述汇聚节点；
所述汇聚节点采用接收模式与所述传感器节点进行物联网通信，接收所述传感器节点发送的物联网数据包，在所述物联网数据包中提取数据信息，将提取到的数据信息、所述密钥以及节点编号合并，生成第二合并信息，根据预设哈希函数以及所述第二合并信息，生成所述第二合并信息的第二散列值；
所述汇聚节点检测所述第二散列值与所述第一散列值是否相同，倘若不同，判定所述物联网数据包被篡改，将所述物联网数据包标记为被篡改物联网数据包，统计被篡改物联网数据包个数，采用预设的节点可靠度生成模型以及所述被篡改物联网数据包个数，生成所述传感器节点当前的节点可靠度，判断当前的节点可靠度是否小于预设阈值，倘若当前的节点可靠度小于预设阈值，判定所述传感器节点为恶意传感器节点；
所述汇聚节点将所述接收模式设为屏蔽模式，采用屏蔽模式，屏蔽所述恶意传感器节点发送的物联网数据包；
其中，所述节点可靠度生成模型，具体为：
C(m)＝C(m-1)-w*log10(i+1)；
其中，C(m)为所述传感器节点当前的节点可靠度，i为被篡改物联网数据包个数，C(m-1)为所述传感器节点上一次的节点可靠度，C(m)随着被篡改物联网数据包个数的增多而减小，w是预设的权重值，用于决定节点可靠度的变化幅度。
10.如权利要求9所述的传感器节点运行方法，其特征在于，在所述汇聚节点将所述接收模式设为屏蔽模式，采用屏蔽模式，屏蔽所述恶意传感器节点发送的物联网数据包之后，所述汇聚节点还用于向所述物联网节点发送重启请求，以使所述物联网节点重新启动。
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