CN112533207A - 一种无线传感器的数据验证方法、装置及其系统 - Google Patents

一种无线传感器的数据验证方法、装置及其系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种无线传感器的数据验证方法及装置。本发明评估无线传感器数据验证计算的计算需求量；分别计算无线传感器以及局域网关的验证计算开销，并设置分布式验证计算的优化条件；以所述优化条件为前提，计算所述局域网关对该局域所属的全部无线传感器执行验证计算的总体开销。本发明在硬件上配置了专门芯片来执行传感器数据的验证计算，并且支持分布式计算架构，对于验证计算在数据处理量、能耗等方面实现整体的效能优化，实现验证计算的开销与成本负荷的均衡。

Description

一种无线传感器的数据验证方法、装置及其系统
技术领域
本发明涉及数据安全验证技术领域，更具体地说是涉及一种无线传感器的数据验证方法、装置及其系统。
背景技术
随着物联网技术的成熟和普及，各类无线传感器的应用越来越广泛，实现各种类型数据的感应、处理、模数转换、编码和传输。无线传感器采集的数据可以包括温度、湿度、光照度、空气成分含量等环境数据，也可以是形变量、应力等物理参量数据，还可以是空间定位、速度、加速度等方面的时空数据，乃至脉搏、体温、血压等人体生理数据。无线传感器采集数据的应用范畴也非常广泛，可用于工业生产自动控制、建筑物结构状态监测、家庭环境维护、智能驾驶、人体健康等诸多方面的系统。
然而，在实际中由于诸多因素，无线传感器发生数据异常也是比较常见的，例如数据突变、数据抖动、数据丢失等。这些异常会直接影响后续的数据应用，造成误判，甚至造成系统功能的丧失，严重影响稳定性和可靠性。另外，随着无线传感器采集数据的重要性日益提升，以及考虑到无线信道本身在安全性方面的薄弱环节，增强无线传感器数据安全性方面的需要越来越迫切，例如防范数据篡改、冒充传感器节点发送“假数据”等。
因此，对于无线传感器采集的数据执行验证是一个关键性的环节。通过数据验证可以发现和排除异常或者篡改、伪造的数据，保障数据的完整性和安全性，以及校验数据源的真实性。
目前，对于无线传感器采集数据的验证，主要方式是对一个或者一定数量的数据单元加入信息验证码，信息验证码可以是基于数据单元内容进行验证计算所获得的，以及，也可以对作为数据源的无线传感器的ID标识等进行验证计算获得该信息验证码。对于数据的接收方和使用方，则可以利用信息验证码对收到的数据单元及数据源标识进行验证。
但是，无线传感器作为一种小型、低成本、电池供电的设备，在硬件配置、计算能力、能耗等方面都受到较多的制约，针对无线传感器采集数据的验证计算，增大了数据处理量负荷以及能源开销，还会增加数据采集和传输的延迟，降低实时性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种无线传感器的数据验证方法及装置。本发明在硬件上配置了专门芯片来执行传感器数据的验证计算，并且支持分布式计算架构，对于验证计算在数据处理量、能耗等方面实现整体的效能优化，实现验证计算的开销与成本负荷的均衡。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种无线传感器的数据验证方法，通过无线传感器将自身感应、处理、模数转换、编码后的传感数据封装为预定格式的数据单元，并且确定数据单元中需要执行验证计算的数据单元部分，其特征在于，该方法还包括如下步骤：
S1，评估无线传感器数据验证计算的计算需求量；
S2，分别计算无线传感器以及局域网关的验证计算开销，并设置分布式验证计算的优化条件；
S3，以所述优化条件为前提，计算所述局域网关对该局域所属的全部无线传感器执行验证计算的总体开销；
S4，确定局域网关的总体开销之后，局域网关判断当前总体开销是否在预设的总体开销阈值以下；如果总体开销大于等于总体开销阈值，则局域网关采取以下措施的任意一种或者多种来抑制本网关的总体开销：增加无线传感器到局域网关的延迟时间；减少针对每个无线传感器分配的计算资源。
优选的是，步骤S1中，评估无线传感器数据验证计算的计算需求量具体包括：
无线传感器根据需要进行验证计算的数据单元部分，评估执行验证计算的计算需求量
Figure 620687DEST_PATH_IMAGE001
；其中，
Figure 980999DEST_PATH_IMAGE002
表示计算需求量，
Figure 615243DEST_PATH_IMAGE003
表示进行验证计算预计的计算资源需求数，所述计算资源需求数包括但不限于线程需求数、能耗需求数，m代表传感器序号；
Figure 978091DEST_PATH_IMAGE004
为进行验证计算预计的计算数据量，根据需要进行验证计算的数据单元部分的总数及每个部分的单位数据量确定
Figure 748601DEST_PATH_IMAGE004
。
优选的是，步骤S2中，计算无线传感器的验证计算开销为：
Figure 46858DEST_PATH_IMAGE005
其中，
Figure 168398DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 69358DEST_PATH_IMAGE007
其中
Figure 959953DEST_PATH_IMAGE008
表示传感器序号为m的无线传感器的验证计算开销；
Figure 429112DEST_PATH_IMAGE009
表示时间开销权重，
Figure 772368DEST_PATH_IMAGE010
是时间开销，
Figure 477019DEST_PATH_IMAGE011
表示序号为m的无线传感器在单位时间窗口内计算数据量，
Figure 159805DEST_PATH_IMAGE012
表示计算资源开销权重，
Figure 862181DEST_PATH_IMAGE013
表示计算资源开销，
Figure 755051DEST_PATH_IMAGE014
表示该无线传感器每单位计算资源的计算资源开销系数，
Figure 935497DEST_PATH_IMAGE015
表示该无线传感器每单位数据量的计算资源开销系数。
优选的是，步骤S2中，对于传感器序号为m的无线传感器，由局域网关分担其验证计算的验证计算开销为：
Figure 239832DEST_PATH_IMAGE016
其中，
Figure 113110DEST_PATH_IMAGE017
；
其中，
Figure 493276DEST_PATH_IMAGE018
表示局域网关分担序号为m的传感器的验证计算所带来的开销，
Figure 477413DEST_PATH_IMAGE019
是传感器将未验证的数据单元上传给局域网关的时间开销，
Figure 134790DEST_PATH_IMAGE020
表示局域网关对序号为m的传感器的数据单元部分的执行验证计算时间开销，其中
Figure 178970DEST_PATH_IMAGE021
表示局域网关在单位时间窗口内计算数据量，
Figure 46431DEST_PATH_IMAGE022
表示风险开销，即从传感器序号为m的无线传感器与局域网关之间的数据单元无线传输所带来的数据风险的量化评估值，该量化评估值与序号为m的无线传感器和局域网关之间的网络环境相关。
优选的是，在步骤S2，设置分布式验证计算的优化条件为：当无线传感器的验证计算开销
Figure 834259DEST_PATH_IMAGE023
小于等于局域网关的验证计算开销
Figure 346143DEST_PATH_IMAGE024
，则通过无线传感器进行自身数据单元部分的验证计算；当无线传感器的验证计算开销
Figure 561223DEST_PATH_IMAGE025
大于局域网关的验证计算开销
Figure 650402DEST_PATH_IMAGE024
，则由无线传感器将数据单元传输给局域网关，由局域网关执行对数据单元部分的验证计算。
优选的是，在步骤S3中，确定该总体开销时考虑局域网关总体的时间开销、资源开销和风险开销，即：
Figure 914024DEST_PATH_IMAGE026
其中，
Figure 342732DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure 791031DEST_PATH_IMAGE028
表示局域网关每单位计算资源的计算资源开销系数，
Figure 570768DEST_PATH_IMAGE029
表示局域网关每单位数据量的计算资源开销系数；
Figure 136616DEST_PATH_IMAGE030
表示局域网关分担序号为m的无线传感器验证计算的几率系数，即根据当前的优化条件，局域网关分担序号为m的无线传感器验证计算的发生几率的正相关系数。
进而，本发明提供了一种无线传感器的数据验证装置，其特征在于，包括传感器数据验证芯片单元、计算需求量评估单元、验证计算分配单元；
所述传感器验证芯片单元采用集成在无线传感器内的加解密计算专用芯片，对于所述无线传感器感应、处理、模数转换、编码后的传感数据封装的预定格式的数据单元，确定数据单元中需要执行验证计算的数据单元部分，对所述数据单元部分进行验证计算获得信息验证码，并且将信息验证码加入所述数据单元；
计算需求量评估单元，用于根据需要进行验证计算的数据单元部分，评估执行验证计算的计算需求量
Figure 419830DEST_PATH_IMAGE001
；其中，
Figure 304609DEST_PATH_IMAGE002
表示计算需求量，
Figure 306063DEST_PATH_IMAGE031
表示进行验证计算预计的计算资源需求数，所述计算资源需求数包括但不限于线程需求数、能耗需求数，m代表传感器序号；
Figure 911488DEST_PATH_IMAGE004
为进行验证计算预计的计算数据量，根据需要进行验证计算的数据单元部分的总数及每个部分的单位数据量确定
Figure 314788DEST_PATH_IMAGE004
；
验证计算分配单元，用于分别计算无线传感器以及局域网关的验证计算开销，并设置分布式验证计算的优化条件。
其中，验证计算分配单元计算无线传感器的验证计算开销为：
Figure 370468DEST_PATH_IMAGE005
；其中，
Figure 593639DEST_PATH_IMAGE032
，
Figure 268334DEST_PATH_IMAGE007
；其中
Figure 526140DEST_PATH_IMAGE008
表示传感器序号为m的无线传感器的验证计算开销；
Figure 487143DEST_PATH_IMAGE033
表示时间开销权重，
Figure 463189DEST_PATH_IMAGE010
是时间开销，
Figure 410417DEST_PATH_IMAGE011
表示序号为m的无线传感器在单位时间窗口内计算数据量，
Figure 585046DEST_PATH_IMAGE012
表示计算资源开销权重，
Figure 920212DEST_PATH_IMAGE034
表示计算资源开销，
Figure 383555DEST_PATH_IMAGE014
表示该无线传感器每单位计算资源的计算资源开销系数，
Figure 635938DEST_PATH_IMAGE015
表示该无线传感器每单位数据量的计算资源开销系数。
其中，对于传感器序号为m的无线传感器，验证计算分配单元计算由局域网关分担其验证计算的验证计算开销为：
Figure 930653DEST_PATH_IMAGE016
；其中，
Figure 171142DEST_PATH_IMAGE035
；其中，
Figure 59463DEST_PATH_IMAGE036
表示局域网关分担序号为m的传感器的验证计算所带来的开销，
Figure 676389DEST_PATH_IMAGE037
是传感器将未验证的数据单元上传给局域网关的时间开销，
Figure 825611DEST_PATH_IMAGE020
表示局域网关对序号为m的传感器的数据单元部分的执行验证计算时间开销，其中
Figure 237001DEST_PATH_IMAGE021
表示局域网关在单位时间窗口内计算数据量，
Figure 347039DEST_PATH_IMAGE038
表示风险开销。
其中，所述验证计算分配单元设置分布式验证计算的优化条件为：当无线传感器的验证计算开销
Figure 767656DEST_PATH_IMAGE025
小于等于局域网关的验证计算开销
Figure 771384DEST_PATH_IMAGE024
，则通过无线传感器自身的传感器验证芯片单元进行数据单元部分的验证计算；当无线传感器的验证计算开销
Figure 619254DEST_PATH_IMAGE023
大于局域网关的验证计算开销
Figure 951010DEST_PATH_IMAGE039
，则由无线传感器将数据单元传输给局域网关，由局域网关执行对数据单元部分的验证计算。
本发明提供了一种无线传感器的数据验证系统，包括无线传感器以及局域网关；无线传感器与局域网关之间建立直接通信链路，从而无线传感器将自身的数据单元发送给局域网关；局域网关对本局域内的全部无线传感器提供的数据单元进行汇聚，然后进一步传输给数据接收方和应用方；所述无线传感器和局域网关对无线传感器数据单元中需要执行验证计算的数据单元部分进行验证计算，获得信息验证码，并且将信息验证码加入所述数据单元；
所述无线传感器具有数据验证装置，该装置数据验证包括：传感器数据验证芯片单元、计算需求量评估单元、验证计算分配单元；所述传感器验证芯片单元采用集成在无线传感器内的加解密计算专用芯片，对于所述无线传感器感应、处理、模数转换、编码后的传感数据封装的预定格式的数据单元，确定数据单元中需要执行验证计算的数据单元部分，对所述数据单元部分进行验证计算获得信息验证码，并且将信息验证码加入所述数据单元；计算需求量评估单元，用于根据需要进行验证计算的数据单元部分，评估执行验证计算的计算需求量
Figure 972055DEST_PATH_IMAGE040
；其中，
Figure 299132DEST_PATH_IMAGE041
表示计算需求量，
Figure 317903DEST_PATH_IMAGE042
表示进行验证计算预计的计算资源需求数，所述计算资源需求数包括但不限于线程需求数、能耗需求数，m代表传感器序号；
Figure 369911DEST_PATH_IMAGE004
为进行验证计算预计的计算数据量，根据需要进行验证计算的数据单元部分的总数及每个部分的单位数据量确定
Figure 194647DEST_PATH_IMAGE004
；验证计算分配单元，用于分别计算无线传感器以及局域网关的验证计算开销，并设置分布式验证计算的优化条件；其中，验证计算分配单元计算无线传感器的验证计算开销为：
Figure 110650DEST_PATH_IMAGE005
；其中，
Figure 238006DEST_PATH_IMAGE032
，
Figure 872250DEST_PATH_IMAGE007
；其中
Figure 235098DEST_PATH_IMAGE008
表示传感器序号为m的无线传感器的验证计算开销；
Figure 5608DEST_PATH_IMAGE033
表示时间开销权重，
Figure 303866DEST_PATH_IMAGE010
是时间开销，
Figure 159826DEST_PATH_IMAGE011
表示序号为m的无线传感器在单位时间窗口内计算数据量，
Figure 326365DEST_PATH_IMAGE012
表示计算资源开销权重，
Figure 216961DEST_PATH_IMAGE034
表示计算资源开销，
Figure 686119DEST_PATH_IMAGE014
表示该无线传感器每单位计算资源的计算资源开销系数，
Figure 29376DEST_PATH_IMAGE015
表示该无线传感器每单位数据量的计算资源开销系数；对于传感器序号为m的无线传感器，验证计算分配单元计算由局域网关分担其验证计算的验证计算开销为：
Figure 734027DEST_PATH_IMAGE016
；其中，
Figure 479129DEST_PATH_IMAGE043
；其中，
Figure 366793DEST_PATH_IMAGE018
表示局域网关分担序号为m的传感器的验证计算所带来的开销，
Figure 259663DEST_PATH_IMAGE019
是传感器将未验证的数据单元上传给局域网关的时间开销，
Figure 705688DEST_PATH_IMAGE020
表示局域网关对序号为m的传感器的数据单元部分的执行验证计算时间开销，其中
Figure 508559DEST_PATH_IMAGE021
表示局域网关在单位时间窗口内计算数据量，
Figure 381837DEST_PATH_IMAGE038
表示风险开销；验证计算分配单元设置分布式验证计算的优化条件为：当无线传感器的验证计算开销
Figure 496423DEST_PATH_IMAGE023
小于等于局域网关的验证计算开销
Figure 746139DEST_PATH_IMAGE024
，则通过无线传感器自身的传感器验证芯片单元进行数据单元部分的验证计算；当无线传感器的验证计算开销
Figure 403516DEST_PATH_IMAGE025
大于局域网关的验证计算开销
Figure 447696DEST_PATH_IMAGE024
，则由无线传感器将数据单元传输给局域网关，由局域网关执行对数据单元部分的验证计算；
所述局域网关以所述优化条件为前提，计算所述局域网关对该局域所属的全部无线传感器执行验证计算的总体开销；在确定该总体开销时，需要考虑局域网关总体的时间开销、资源开销和风险开销，即：
Figure 49578DEST_PATH_IMAGE026
其中，
Figure 837406DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure 349290DEST_PATH_IMAGE028
表示局域网关每单位计算资源的计算资源开销系数，
Figure 564371DEST_PATH_IMAGE029
表示局域网关每单位数据量的计算资源开销系数；
Figure 919128DEST_PATH_IMAGE030
表示局域网关分担序号为m的无线传感器验证计算的几率系数，即根据当前的优化条件，局域网关分担序号为m的无线传感器验证计算的发生几率的正相关系数；并且，所述局域网关确定局域网关的总体开销之后，局域网关判断当前总体开销是否在预设的总体开销阈值以下；如果总体开销大于等于总体开销阈值，则局域网关采取以下措施的任意一种或者多种来抑制本网关的总体开销：增加无线传感器到局域网关的延迟时间；减少针对每个无线传感器分配的计算资源。
本发明具有以下有益效果：本发明能够较好地适应无线传感器自身在执行对数据单元部分的验证计算时所面临的硬件配置、计算能力、能耗等方面的制约，可以根据优化时间和资源开销的规则实现验证计算在无线传感器自身及其局域网关之间的动态平衡分配，支持了分布式的数据验证计算架构，对于验证计算在数据处理量、能耗等方面实现整体的效能优化，实现验证计算的开销与成本负荷的均衡。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种无线传感器的数据验证方法流程图；
图2为本发明的一种无线传感器数据验证装置结构框图；
图3为本发明的一种无线传感器数据系统结构图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种无线传感器的数据验证方法，包括如下步骤：
S1，评估无线传感器数据验证计算的计算需求量；
无线传感器将自身感应、处理、模数转换、编码后的传感数据封装为预定格式的数据单元，例如采用数据帧的结构封装数据单元。并且，无线传感器确定数据单元中需要执行验证计算的数据单元部分，例如数据帧的有效载荷部分，或者数据帧中标识作为数据源的无线传感器ID的标识部分。
无线传感器根据需要进行验证计算的数据单元部分，评估执行验证计算的计算需求量
Figure 245068DEST_PATH_IMAGE001
；其中，
Figure 375572DEST_PATH_IMAGE041
表示计算需求量，
Figure 761554DEST_PATH_IMAGE003
表示进行验证计算预计的计算资源需求数，所述计算资源需求数包括但不限于线程需求数、能耗需求数，m代表传感器序号；
Figure 338029DEST_PATH_IMAGE004
为进行验证计算预计的计算数据量，根据需要进行验证计算的数据单元部分的总数及每个部分的单位数据量确定
Figure 467659DEST_PATH_IMAGE004
。
可见，步骤S1依据进行验证计算所需的计算资源需求数和计算数据量，对计算需求量进行总体的表征和估计，为后续展开分布式验证计算并实现整体效能提供基础。
S2，分别计算无线传感器以及局域网关的验证计算开销，并设置分布式验证计算的优化条件；
具体的，所述无线传感器通过其自身内置的专用芯片，执行对数据单元部分的验证计算，验证计算基于数据单元部分生成信息验证码，例如通过哈希计算生成数据单元部分的哈希验证码，然后加入到数据单元。
现有的无线传感器普遍采用双层或者多层架构，即布设一定数量的局域网关。无线传感器与局域网关之间建立直接通信链路，从而无线传感器将自身的数据单元发送给局域网关。局域网关对本局域内的全部无线传感器提供的数据单元进行汇聚，然后进一步传输给数据接收方和应用方。多层架构则是可以在局域网关的基础上设立更高层的网关节点。局域网关在硬件配置、计算能力、能源供应方面均优于无线传感器。
本发明计算无线传感器的验证计算开销为：
Figure 954135DEST_PATH_IMAGE005
其中，
Figure 307756DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 309210DEST_PATH_IMAGE007
其中
Figure 180214DEST_PATH_IMAGE008
表示传感器序号为m的无线传感器的验证计算开销；
Figure 583514DEST_PATH_IMAGE009
表示时间开销权重，
Figure 373615DEST_PATH_IMAGE010
是时间开销，
Figure 862366DEST_PATH_IMAGE011
表示序号为m的无线传感器在单位时间窗口内计算数据量，
Figure 537060DEST_PATH_IMAGE012
表示计算资源开销权重，
Figure 794867DEST_PATH_IMAGE013
表示计算资源开销，
Figure 755869DEST_PATH_IMAGE014
表示该无线传感器每单位计算资源的计算资源开销系数，
Figure 731916DEST_PATH_IMAGE015
表示该无线传感器每单位数据量的计算资源开销系数。
对于传感器序号为m的无线传感器，由局域网关分担其验证计算的验证计算开销为：
Figure 446187DEST_PATH_IMAGE016
其中，
Figure 558500DEST_PATH_IMAGE017
；
其中，
Figure 955983DEST_PATH_IMAGE018
表示局域网关分担序号为m的传感器的验证计算所带来的开销，
Figure 153746DEST_PATH_IMAGE019
是传感器将未验证的数据单元上传给局域网关的时间开销，
Figure 170244DEST_PATH_IMAGE020
表示局域网关对序号为m的传感器的数据单元部分的执行验证计算时间开销，其中
Figure 137062DEST_PATH_IMAGE021
表示局域网关在单位时间窗口内计算数据量，
Figure 705447DEST_PATH_IMAGE022
表示风险开销，即从传感器序号为m的无线传感器与局域网关之间的数据单元无线传输所带来的数据风险的量化评估值，从无线传感器到局域网关之间的数据单元无线传输同样面临着数据异常、篡改、丢失乃至伪造的数据风险，但是由于是局域环境的近程传输，其风险显著较小，而且考虑到无线传感器持续输出数据，少量数据单元的风险整体影响可控，因此利用量化评估值表征数据风险方面的开销，该量化评估值与序号为m的无线传感器和局域网关之间的网络环境相关，例如无线信道状况、无线传输所用的物联网协议的安全性等。对于单个无线传感器，确定局域网关分担其数据单元部分的验证计算所带来的开销时，先不需要考虑局域网关的资源开销。
进而，在步骤S2，设置分布式验证计算的优化条件为：当无线传感器的验证计算开销
Figure 390506DEST_PATH_IMAGE023
小于等于局域网关的验证计算开销
Figure 945116DEST_PATH_IMAGE024
，则通过无线传感器进行自身数据单元部分的验证计算；当无线传感器的验证计算开销
Figure 32020DEST_PATH_IMAGE025
大于局域网关的验证计算开销
Figure 771306DEST_PATH_IMAGE024
，则由无线传感器将数据单元传输给局域网关，由局域网关执行对数据单元部分的验证计算。
S3，以所述优化条件为前提，计算所述局域网关对该局域所属的全部无线传感器执行验证计算的总体开销；在确定该总体开销时，需要考虑局域网关总体的时间开销、资源开销和风险开销，即：
Figure 943662DEST_PATH_IMAGE026
其中，
Figure 36382DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure 40111DEST_PATH_IMAGE028
表示局域网关每单位计算资源的计算资源开销系数，
Figure 887981DEST_PATH_IMAGE029
表示局域网关每单位数据量的计算资源开销系数；
Figure 983851DEST_PATH_IMAGE030
表示局域网关分担序号为m的无线传感器验证计算的几率系数，即根据当前的优化条件，局域网关分担序号为m的无线传感器验证计算的发生几率的正相关系数。
S4，确定局域网关的总体开销之后，局域网关判断当前总体开销是否在预设的总体开销阈值以下；如果总体开销大于等于总体开销阈值，则局域网关采取以下措施的任意一种或者多种来抑制本网关的总体开销：增加无线传感器到局域网关的延迟时间；减少针对每个无线传感器分配的计算资源，从而能够调节传感器序号为m的无线传感器由局域网关分担其验证计算的验证计算开销
Figure 942579DEST_PATH_IMAGE039
，进而改变无线传感器自身执行验证计算和由局域网关分担其验证计算的分配关系。
进而，基于上述方法，如图2所示，本发明提供了如下的无线传感器的数据验证装置：该装置包括传感器数据验证芯片单元、计算需求量评估单元、验证计算分配单元；
所述传感器验证芯片单元采用集成在无线传感器内的加解密计算专用芯片，对于所述无线传感器感应、处理、模数转换、编码后的传感数据封装的预定格式的数据单元，确定数据单元中需要执行验证计算的数据单元部分，对所述数据单元部分进行验证计算获得信息验证码，并且将信息验证码加入所述数据单元；
计算需求量评估单元，用于根据需要进行验证计算的数据单元部分，评估执行验证计算的计算需求量
Figure 66393DEST_PATH_IMAGE001
；其中，
Figure 819585DEST_PATH_IMAGE041
表示计算需求量，
Figure 904216DEST_PATH_IMAGE042
表示进行验证计算预计的计算资源需求数，所述计算资源需求数包括但不限于线程需求数、能耗需求数，m代表传感器序号；
Figure 666636DEST_PATH_IMAGE004
为进行验证计算预计的计算数据量，根据需要进行验证计算的数据单元部分的总数及每个部分的单位数据量确定
Figure 644956DEST_PATH_IMAGE004
；
验证计算分配单元，用于分别计算无线传感器以及局域网关的验证计算开销，并设置分布式验证计算的优化条件；其中，验证计算分配单元计算无线传感器的验证计算开销为：
Figure 834629DEST_PATH_IMAGE005
；其中，
Figure 875397DEST_PATH_IMAGE032
，
Figure 238245DEST_PATH_IMAGE007
；其中
Figure 274335DEST_PATH_IMAGE044
表示传感器序号为m的无线传感器的验证计算开销；
Figure 572592DEST_PATH_IMAGE033
表示时间开销权重，
Figure 428552DEST_PATH_IMAGE010
是时间开销，
Figure 595092DEST_PATH_IMAGE011
表示序号为m的无线传感器在单位时间窗口内计算数据量，
Figure 485687DEST_PATH_IMAGE012
表示计算资源开销权重，
Figure 456311DEST_PATH_IMAGE013
表示计算资源开销，
Figure 799567DEST_PATH_IMAGE014
表示该无线传感器每单位计算资源的计算资源开销系数，
Figure 238639DEST_PATH_IMAGE045
表示该无线传感器每单位数据量的计算资源开销系数；对于传感器序号为m的无线传感器，验证计算分配单元计算由局域网关分担其验证计算的验证计算开销为：
Figure 921424DEST_PATH_IMAGE016
；其中，
Figure 623801DEST_PATH_IMAGE017
；其中，
Figure 516671DEST_PATH_IMAGE046
表示局域网关分担序号为m的传感器的验证计算所带来的开销，
Figure 962695DEST_PATH_IMAGE037
是传感器将未验证的数据单元上传给局域网关的时间开销，
Figure 499987DEST_PATH_IMAGE020
表示局域网关对序号为m的传感器的数据单元部分的执行验证计算时间开销，其中
Figure 638844DEST_PATH_IMAGE021
表示局域网关在单位时间窗口内计算数据量，
Figure 753431DEST_PATH_IMAGE038
表示风险开销；验证计算分配单元设置分布式验证计算的优化条件为：当无线传感器的验证计算开销
Figure 3147DEST_PATH_IMAGE025
小于等于局域网关的验证计算开销
Figure 394945DEST_PATH_IMAGE039
，则通过无线传感器自身的传感器验证芯片单元进行数据单元部分的验证计算；当无线传感器的验证计算开销
Figure 439124DEST_PATH_IMAGE023
大于局域网关的验证计算开销
Figure 306586DEST_PATH_IMAGE024
，则由无线传感器将数据单元传输给局域网关，由局域网关执行对数据单元部分的验证计算。
如图3所示，本发明提供了一种无线传感器的数据验证系统，包括无线传感器以及局域网关；无线传感器与局域网关之间建立直接通信链路，从而无线传感器将自身的数据单元发送给局域网关；局域网关对本局域内的全部无线传感器提供的数据单元进行汇聚，然后进一步传输给数据接收方和应用方；所述无线传感器和局域网关对无线传感器数据单元中需要执行验证计算的数据单元部分进行验证计算，获得信息验证码，并且将信息验证码加入所述数据单元；
所述无线传感器具有数据验证装置，该装置数据验证包括：传感器数据验证芯片单元、计算需求量评估单元、验证计算分配单元；所述传感器验证芯片单元采用集成在无线传感器内的加解密计算专用芯片，对于所述无线传感器感应、处理、模数转换、编码后的传感数据封装的预定格式的数据单元，确定数据单元中需要执行验证计算的数据单元部分，对所述数据单元部分进行验证计算获得信息验证码，并且将信息验证码加入所述数据单元；计算需求量评估单元，用于根据需要进行验证计算的数据单元部分，评估执行验证计算的计算需求量
Figure 94414DEST_PATH_IMAGE040
；其中，
Figure 104833DEST_PATH_IMAGE041
表示计算需求量，
Figure 319913DEST_PATH_IMAGE042
表示进行验证计算预计的计算资源需求数，所述计算资源需求数包括但不限于线程需求数、能耗需求数，m代表传感器序号；
Figure 674671DEST_PATH_IMAGE004
为进行验证计算预计的计算数据量，根据需要进行验证计算的数据单元部分的总数及每个部分的单位数据量确定
Figure 610DEST_PATH_IMAGE004
；验证计算分配单元，用于分别计算无线传感器以及局域网关的验证计算开销，并设置分布式验证计算的优化条件；其中，验证计算分配单元计算无线传感器的验证计算开销为：
Figure 367001DEST_PATH_IMAGE005
；其中，
Figure 18562DEST_PATH_IMAGE032
，
Figure 595037DEST_PATH_IMAGE007
；其中
Figure 724667DEST_PATH_IMAGE008
表示传感器序号为m的无线传感器的验证计算开销；
Figure 211143DEST_PATH_IMAGE033
表示时间开销权重，
Figure 768026DEST_PATH_IMAGE010
是时间开销，
Figure 566218DEST_PATH_IMAGE011
表示序号为m的无线传感器在单位时间窗口内计算数据量，
Figure 437222DEST_PATH_IMAGE012
表示计算资源开销权重，
Figure 840522DEST_PATH_IMAGE034
表示计算资源开销，
Figure 630623DEST_PATH_IMAGE014
表示该无线传感器每单位计算资源的计算资源开销系数，
Figure 119373DEST_PATH_IMAGE015
表示该无线传感器每单位数据量的计算资源开销系数；对于传感器序号为m的无线传感器，验证计算分配单元计算由局域网关分担其验证计算的验证计算开销为：
Figure 29954DEST_PATH_IMAGE016
；其中，
Figure 287760DEST_PATH_IMAGE043
；其中，
Figure 514342DEST_PATH_IMAGE018
表示局域网关分担序号为m的传感器的验证计算所带来的开销，
Figure 490388DEST_PATH_IMAGE019
是传感器将未验证的数据单元上传给局域网关的时间开销，
Figure 437615DEST_PATH_IMAGE020
表示局域网关对序号为m的传感器的数据单元部分的执行验证计算时间开销，其中
Figure 815507DEST_PATH_IMAGE021
表示局域网关在单位时间窗口内计算数据量，
Figure 947411DEST_PATH_IMAGE038
表示风险开销；验证计算分配单元设置分布式验证计算的优化条件为：当无线传感器的验证计算开销
Figure 410754DEST_PATH_IMAGE023
小于等于局域网关的验证计算开销
Figure 896093DEST_PATH_IMAGE024
，则通过无线传感器自身的传感器验证芯片单元进行数据单元部分的验证计算；当无线传感器的验证计算开销
Figure 190808DEST_PATH_IMAGE025
大于局域网关的验证计算开销
Figure 696875DEST_PATH_IMAGE024
，则由无线传感器将数据单元传输给局域网关，由局域网关执行对数据单元部分的验证计算；
所述局域网关以所述优化条件为前提，计算所述局域网关对该局域所属的全部无线传感器执行验证计算的总体开销；在确定该总体开销时，需要考虑局域网关总体的时间开销、资源开销和风险开销，即：
Figure 319618DEST_PATH_IMAGE026
其中，
Figure 936544DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure 85766DEST_PATH_IMAGE028
表示局域网关每单位计算资源的计算资源开销系数，
Figure 762735DEST_PATH_IMAGE029
表示局域网关每单位数据量的计算资源开销系数；
Figure 371308DEST_PATH_IMAGE030
表示局域网关分担序号为m的无线传感器验证计算的几率系数，即根据当前的优化条件，局域网关分担序号为m的无线传感器验证计算的发生几率的正相关系数；并且，所述局域网关确定局域网关的总体开销之后，局域网关判断当前总体开销是否在预设的总体开销阈值以下；如果总体开销大于等于总体开销阈值，则局域网关采取以下措施的任意一种或者多种来抑制本网关的总体开销：增加无线传感器到局域网关的延迟时间；减少针对每个无线传感器分配的计算资源，从而能够调节传感器序号为m的无线传感器由局域网关分担其验证计算的验证计算开销
Figure 526346DEST_PATH_IMAGE024
，进而改变无线传感器自身执行验证计算和由局域网关分担其验证计算的分配关系。
本发明具有以下有益效果：
本发明能够较好地适应无线传感器自身在执行对数据单元部分的验证计算时所面临的硬件配置、计算能力、能耗等方面的制约，可以根据优化时间和资源开销的规则实现验证计算在无线传感器自身及其局域网关之间的动态平衡分配，支持了分布式的数据验证计算架构，对于验证计算在数据处理量、能耗等方面实现整体的效能优化，实现验证计算的开销与成本负荷的均衡。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (10)

1.一种无线传感器的数据验证方法，通过无线传感器将自身感应、处理、模数转换、编码后的传感数据封装为预定格式的数据单元，并且确定数据单元中需要执行验证计算的数据单元部分，其特征在于，该方法还包括如下步骤：
S1，评估无线传感器数据验证计算的计算需求量；
S2，分别计算无线传感器以及局域网关的验证计算开销，并设置分布式验证计算的优化条件；
S3，以所述优化条件为前提，计算所述局域网关对该局域所属的全部无线传感器执行验证计算的总体开销；
S4，确定局域网关的总体开销之后，局域网关判断当前总体开销是否在预设的总体开销阈值以下；如果总体开销大于等于总体开销阈值，则局域网关采取以下措施的任意一种或者多种来抑制本网关的总体开销：增加无线传感器到局域网关的延迟时间；减少针对每个无线传感器分配的计算资源。
2.根据权利要求1所述的无线传感器的数据验证方法，其特征在于，步骤S1中，评估无线传感器数据验证计算的计算需求量具体包括：
无线传感器根据需要进行验证计算的数据单元部分，评估执行验证计算的计算需求量
Figure 270845DEST_PATH_IMAGE001
；其中，
Figure 952493DEST_PATH_IMAGE002
表示计算需求量，
Figure 392701DEST_PATH_IMAGE003
表示进行验证计算预计的计算资源需求数，所述计算资源需求数包括但不限于线程需求数、能耗需求数，m代表传感器序号；
Figure 462288DEST_PATH_IMAGE004
为进行验证计算预计的计算数据量，根据需要进行验证计算的数据单元部分的总数及每个部分的单位数据量确定
Figure 597735DEST_PATH_IMAGE004
。
3.根据权利要求2所述的无线传感器的数据验证方法，其特征在于，步骤S2中，计算无线传感器的验证计算开销为：
Figure 473287DEST_PATH_IMAGE005
其中，
Figure 705685DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 647971DEST_PATH_IMAGE007
其中
Figure 333030DEST_PATH_IMAGE008
表示传感器序号为m的无线传感器的验证计算开销；
Figure 12273DEST_PATH_IMAGE009
表示时间开销权重，
Figure 99178DEST_PATH_IMAGE010
是时间开销，
Figure 713830DEST_PATH_IMAGE011
表示序号为m的无线传感器在单位时间窗口内计算数据量，
Figure 886185DEST_PATH_IMAGE012
表示计算资源开销权重，
Figure 837961DEST_PATH_IMAGE013
表示计算资源开销，
Figure 982634DEST_PATH_IMAGE014
表示该无线传感器每单位计算资源的计算资源开销系数，
Figure 830505DEST_PATH_IMAGE015
表示该无线传感器每单位数据量的计算资源开销系数。
4.根据权利要求3所述的无线传感器的数据验证方法，其特征在于，步骤S2中，对于传感器序号为m的无线传感器，由局域网关分担其验证计算的验证计算开销为：
Figure 552473DEST_PATH_IMAGE016
其中，
Figure 511202DEST_PATH_IMAGE017
；
其中，
Figure 244803DEST_PATH_IMAGE018
表示局域网关分担序号为m的传感器的验证计算所带来的开销，
Figure 263574DEST_PATH_IMAGE019
是传感器将未验证的数据单元上传给局域网关的时间开销，
Figure 472839DEST_PATH_IMAGE020
表示局域网关对序号为m的传感器的数据单元部分的执行验证计算时间开销，其中
Figure 235258DEST_PATH_IMAGE021
表示局域网关在单位时间窗口内计算数据量，
Figure 324830DEST_PATH_IMAGE022
表示风险开销，即从传感器序号为m的无线传感器与局域网关之间的数据单元无线传输所带来的数据风险的量化评估值，该量化评估值与序号为m的无线传感器和局域网关之间的网络环境相关。
5.根据权利要求4所述的无线传感器的数据验证方法，其特征在于，在步骤S2，设置分布式验证计算的优化条件为：当无线传感器的验证计算开销
Figure 311241DEST_PATH_IMAGE023
小于等于局域网关的验证计算开销
Figure 945485DEST_PATH_IMAGE024
，则通过无线传感器进行自身数据单元部分的验证计算；当无线传感器的验证计算开销
Figure 183699DEST_PATH_IMAGE023
大于局域网关的验证计算开销
Figure 219788DEST_PATH_IMAGE025
，则由无线传感器将数据单元传输给局域网关，由局域网关执行对数据单元部分的验证计算。
6.一种无线传感器的数据验证装置，其特征在于，包括传感器数据验证芯片单元、计算需求量评估单元、验证计算分配单元；
所述传感器验证芯片单元采用集成在无线传感器内的加解密计算专用芯片，对于所述无线传感器感应、处理、模数转换、编码后的传感数据封装的预定格式的数据单元，确定数据单元中需要执行验证计算的数据单元部分，对所述数据单元部分进行验证计算获得信息验证码，并且将信息验证码加入所述数据单元；
计算需求量评估单元，用于根据需要进行验证计算的数据单元部分，评估执行验证计算的计算需求量
Figure 377100DEST_PATH_IMAGE026
；其中，
Figure 498640DEST_PATH_IMAGE002
表示计算需求量，
Figure 540545DEST_PATH_IMAGE003
表示进行验证计算预计的计算资源需求数，所述计算资源需求数包括但不限于线程需求数、能耗需求数，m代表传感器序号；
Figure 165562DEST_PATH_IMAGE004
为进行验证计算预计的计算数据量，根据需要进行验证计算的数据单元部分的总数及每个部分的单位数据量确定
Figure 759354DEST_PATH_IMAGE004
；
验证计算分配单元，用于分别计算无线传感器以及局域网关的验证计算开销，并设置分布式验证计算的优化条件。
7.根据权利要求6所述的无线传感器的数据验证装置，其特征在于，验证计算分配单元计算无线传感器的验证计算开销为：
Figure 102611DEST_PATH_IMAGE005
；其中，
Figure 682628DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure 490047DEST_PATH_IMAGE007
；其中
Figure 192423DEST_PATH_IMAGE028
表示传感器序号为m的无线传感器的验证计算开销；
Figure 459194DEST_PATH_IMAGE009
表示时间开销权重，
Figure 905219DEST_PATH_IMAGE010
是时间开销，
Figure 567145DEST_PATH_IMAGE011
表示序号为m的无线传感器在单位时间窗口内计算数据量，
Figure 440423DEST_PATH_IMAGE012
表示计算资源开销权重，
Figure 695955DEST_PATH_IMAGE029
表示计算资源开销，
Figure 680091DEST_PATH_IMAGE014
表示该无线传感器每单位计算资源的计算资源开销系数，
Figure 462103DEST_PATH_IMAGE030
表示该无线传感器每单位数据量的计算资源开销系数。
8.根据权利要求7所述的无线传感器的数据验证装置，其特征在于，对于传感器序号为m的无线传感器，验证计算分配单元计算由局域网关分担其验证计算的验证计算开销为：
Figure 506282DEST_PATH_IMAGE016
；其中，
Figure 983531DEST_PATH_IMAGE017
；其中，
Figure 833675DEST_PATH_IMAGE031
表示局域网关分担序号为m的传感器的验证计算所带来的开销，
Figure 407876DEST_PATH_IMAGE032
是传感器将未验证的数据单元上传给局域网关的时间开销，
Figure 560640DEST_PATH_IMAGE020
表示局域网关对序号为m的传感器的数据单元部分的执行验证计算时间开销，其中
Figure 587502DEST_PATH_IMAGE021
表示局域网关在单位时间窗口内计算数据量，
Figure 241337DEST_PATH_IMAGE022
表示风险开销。
9.根据权利要求8所述的无线传感器的数据验证装置，其特征在于，所述验证计算分配单元设置分布式验证计算的优化条件为：当无线传感器的验证计算开销
Figure 670044DEST_PATH_IMAGE023
小于等于局域网关的验证计算开销
Figure 229595DEST_PATH_IMAGE024
，则通过无线传感器自身的传感器验证芯片单元进行数据单元部分的验证计算；当无线传感器的验证计算开销
Figure 71649DEST_PATH_IMAGE033
大于局域网关的验证计算开销
Figure 201279DEST_PATH_IMAGE025
，则由无线传感器将数据单元传输给局域网关，由局域网关执行对数据单元部分的验证计算。
10.一种无线传感器的数据验证系统，包括无线传感器以及局域网关；无线传感器与局域网关之间建立直接通信链路，从而无线传感器将自身的数据单元发送给局域网关；局域网关对本局域内的全部无线传感器提供的数据单元进行汇聚，然后进一步传输给数据接收方和应用方；其特征在于，所述无线传感器和局域网关对无线传感器数据单元中需要执行验证计算的数据单元部分进行验证计算，获得信息验证码，并且将信息验证码加入所述数据单元；
所述无线传感器具有数据验证装置，该装置数据验证包括：传感器数据验证芯片单元、计算需求量评估单元、验证计算分配单元；所述传感器验证芯片单元采用集成在无线传感器内的加解密计算专用芯片，对于所述无线传感器感应、处理、模数转换、编码后的传感数据封装的预定格式的数据单元，确定数据单元中需要执行验证计算的数据单元部分，对所述数据单元部分进行验证计算获得信息验证码，并且将信息验证码加入所述数据单元；计算需求量评估单元，用于根据需要进行验证计算的数据单元部分，评估执行验证计算的计算需求量
Figure 422176DEST_PATH_IMAGE026
；其中，
Figure 244638DEST_PATH_IMAGE002
表示计算需求量，
Figure 308409DEST_PATH_IMAGE034
表示进行验证计算预计的计算资源需求数，所述计算资源需求数包括但不限于线程需求数、能耗需求数，m代表传感器序号；
Figure 241730DEST_PATH_IMAGE004
为进行验证计算预计的计算数据量，根据需要进行验证计算的数据单元部分的总数及每个部分的单位数据量确定
Figure 51554DEST_PATH_IMAGE004
；验证计算分配单元，用于分别计算无线传感器以及局域网关的验证计算开销，并设置分布式验证计算的优化条件；其中，验证计算分配单元计算无线传感器的验证计算开销为：
Figure 107235DEST_PATH_IMAGE005
；其中，
Figure 595985DEST_PATH_IMAGE035
，
Figure 5101DEST_PATH_IMAGE007
；其中
Figure 262907DEST_PATH_IMAGE008
表示传感器序号为m的无线传感器的验证计算开销；
Figure 489489DEST_PATH_IMAGE009
表示时间开销权重，
Figure 199956DEST_PATH_IMAGE010
是时间开销，
Figure 911298DEST_PATH_IMAGE011
表示序号为m的无线传感器在单位时间窗口内计算数据量，
Figure 289190DEST_PATH_IMAGE012
表示计算资源开销权重，
Figure 155514DEST_PATH_IMAGE013
表示计算资源开销，
Figure 556540DEST_PATH_IMAGE014
表示该无线传感器每单位计算资源的计算资源开销系数，
Figure 369775DEST_PATH_IMAGE015
表示该无线传感器每单位数据量的计算资源开销系数；对于传感器序号为m的无线传感器，验证计算分配单元计算由局域网关分担其验证计算的验证计算开销为：
Figure 664490DEST_PATH_IMAGE016
；其中，
Figure 904979DEST_PATH_IMAGE017
；其中，
Figure 793300DEST_PATH_IMAGE018
表示局域网关分担序号为m的传感器的验证计算所带来的开销，
Figure 410226DEST_PATH_IMAGE019
是传感器将未验证的数据单元上传给局域网关的时间开销，
Figure 559448DEST_PATH_IMAGE020
表示局域网关对序号为m的传感器的数据单元部分的执行验证计算时间开销，其中
Figure 236417DEST_PATH_IMAGE021
表示局域网关在单位时间窗口内计算数据量，
Figure 346455DEST_PATH_IMAGE036
表示风险开销；验证计算分配单元设置分布式验证计算的优化条件为：当无线传感器的验证计算开销
Figure 298231DEST_PATH_IMAGE023
小于等于局域网关的验证计算开销
Figure 505221DEST_PATH_IMAGE025
，则通过无线传感器自身的传感器验证芯片单元进行数据单元部分的验证计算；当无线传感器的验证计算开销
Figure 538379DEST_PATH_IMAGE033
大于局域网关的验证计算开销
Figure 198031DEST_PATH_IMAGE025
，则由无线传感器将数据单元传输给局域网关，由局域网关执行对数据单元部分的验证计算；
所述局域网关以所述优化条件为前提，计算所述局域网关对该局域所属的全部无线传感器执行验证计算的总体开销；在确定该总体开销时，需要考虑局域网关总体的时间开销、资源开销和风险开销，即：
Figure 219076DEST_PATH_IMAGE037
其中，
Figure 280573DEST_PATH_IMAGE038
，
Figure 237028DEST_PATH_IMAGE039
表示局域网关每单位计算资源的计算资源开销系数，
Figure 383975DEST_PATH_IMAGE040
表示局域网关每单位数据量的计算资源开销系数；
Figure 677553DEST_PATH_IMAGE041
表示局域网关分担序号为m的无线传感器验证计算的几率系数，即根据当前的优化条件，局域网关分担序号为m的无线传感器验证计算的发生几率的正相关系数；并且，所述局域网关确定局域网关的总体开销之后，局域网关判断当前总体开销是否在预设的总体开销阈值以下；如果总体开销大于等于总体开销阈值，则局域网关采取以下措施的任意一种或者多种来抑制本网关的总体开销：增加无线传感器到局域网关的延迟时间；减少针对每个无线传感器分配的计算资源。
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Assignor: Zhejiang core Gravity Technology Co.,Ltd.

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