基于布隆过滤器的物联网设备定向内容交付与移动自组网信任监测

### 基于布隆过滤器的物联网设备定向内容交付与移动自组网信任监测 在当今的网络环境中，物联网（IoT）设备的管理和移动自组网（MANET）的安全监测都是至关重要的问题。下面将分别介绍基于布隆过滤器的物联网设备定向内容交付方案以及移动自组网的信任监测方法。 #### 基于布隆过滤器的物联网设备定向内容交付 - **网络填充**：在网络填充阶段，每个边缘设备的属性通过布隆过滤器表示，顶级服务器的布隆过滤器包含其网络中所有边缘节点的信息。 - **设备发现** - **查询表示**：每个设备发现查询用元组 Q = (ID, Prop) 表示，其中 ID 是查询的唯一标识符，Prop 是设备属性集。这些属性作为搜索参数，查询会被转换为对应的布隆过滤器。 - **查询过程**：设备发现是网络填充的逆过程，采用自上而下的方式。查询发出并创建布隆过滤器后，顶级服务器用自身的布隆过滤器通过按位与操作检查其管理网络中是否有匹配设备。若评估为真，查询会下发到下级网络网关，各子网重复此过程，直到找到合适设备或中间节点回复无匹配设备。 - **内容交付**：确定匹配设备及其 IP 地址后，内容提供商可根据终端设备特性推送相应内容。与传统内容交付不同，此方案中内容交付由提供商发起，提供商需提前了解目标客户的具体信息。 - **系统更新**：布隆过滤器的误报结果虽有缺点，但在设备意外断开网络时可用于更新网络层次结构中的布隆过滤器。当网关下发查询但未收到匹配设备回复时，可减少过滤器中相应位的值，但移除元素需谨慎，因为误报可能由布隆过滤器本身特性导致，而非设备断开网络。 ##### 示例场景 假设目标设备具备高分辨率屏幕和扬声器，并通过高速以太网连接互联网。每个设备及其属性用布隆过滤器表示，在该场景中，有六个相关属性位： 1. 高分辨率显示屏 2. 低分辨率显示屏 3. 配备扬声器 4. 通过以太网网络连接 5. 通过移动网络连接 6. 通过无线网络连接 网络中有三个子网，每个子网包含三个设备。服务器和各网关分别有整体和子网的布隆过滤器。设备发现查询用布隆过滤器 BF = (1, 0, 1, 1, 0, 0) 表示。服务器评估查询后将其下发到三个子网，子网 A 有高分辨率屏幕和扬声器设备但无以太网连接设备，子网 B 有以太网连接和扬声器设备但无高分辨率显示屏设备，这两个子网查询评估为假，查询不继续下发。网关 C 评估后发现子网中有匹配设备，将查询发送到三个节点，只有设备 C3 完全匹配查询参数，它回复自身 ID 和网络位置，回复经中间节点传回服务器。确定高要求内容的目标设备后，内容提供商可类似地识别低能力设备并推送合适内容。 ##### 初步评估 该方案基于属性搜索物联网设备，可灵活、细粒度地发现节点。查询中指定的参数数量会影响搜索结果，指定参数多则匹配设备少，指定参数少则搜索空间大。但布隆过滤器在查询评估时可能出现误报，尤其是位阵列较小时。为找到搜索查询精度和误报率之间的平衡，进行了一系列实验。实验使用 MurmurHash3 哈希函数，布隆过滤器填充 5 亿个值，对两种