J 2025

An intelligent fuzzy logic based-trust system in underwater acoustic sensornetworks

KHOSHVAGHT, Parisa; Musaed ALHUSSEIN; Khursheed AURANGZEB; Mohammad Sadegh YOUSEFPOOR; Jan LÁNSKÝ et. al.

Basic information

Original name

An intelligent fuzzy logic based-trust system in underwater acoustic sensornetworks

Name in Czech

Inteligentní systém založený na fuzzy logice v podvodních akustických senzorových sítích

Authors

KHOSHVAGHT, Parisa; Musaed ALHUSSEIN; Khursheed AURANGZEB; Mohammad Sadegh YOUSEFPOOR; Jan LÁNSKÝ and Mehdi HOSSEINZADEH

Edition

Engineering Applications of Artificial Intelligence, Amsterdam, Elsevier, 2025, 1873-6769

Other information

Language

English

Type of outcome

Article in a journal

Field of Study

10201 Computer sciences, information science, bioinformatics

Country of publisher

Netherlands

Confidentiality degree

is not subject to a state or trade secret

References:

Impact factor

Impact factor: 8.000 in 2022

Organization unit

University of Finance and Administration

Keywords (in Czech)

Podvodní sítě akustických senzorů (UASN), fuzzy logika (FL), systém důvěry, bezpečnost, umělá inteligence (AI)

Keywords in English

Underwater acoustic sensor networks (UASNs), Fuzzy logic (FL), Trust system, Security, Artificial intelligence (AI)

Tags

International impact, Reviewed
Changed: 11/7/2025 07:19, Mgr. Tereza Denišová, DiS.

Abstract

V originále

Due to the ongoing progress in ocean exploration, underwater acoustic sensor networks (UASNs) have become a significant focus of research. However, the inherent openness and lack of supervision in these networks expose them to various security threats. Thus, efficient and reliable security systems are very necessary to keep the normal performance of these networks. Nonetheless, in the trust evaluation process, dishonest nodes likely broadcast incorrect recommendations in the network. This decreases the accuracy of the trust value and affects the normal operation of the trust process. To solve this challenge, this paper presents an intelligent fuzzy logic-based trust system (IFTS) in UASNs. The proposed scheme employs a fuzzy trust mechanism to assess direct trust. To design this mechanism, energy evidence, data evidence, and communication evidence are considered as inputs in this fuzzy system, and direct trust is extracted as the fuzzy output. Energy evidence is obtained from the remaining energy and the energy change rate. Data evidence is obtained from the packet loss rate and data consistency, and communication evidence is calculated based on three link-related parameters, namely link reliability, link delay, and link stability. Likewise, recommendation trust depends on the recommendations offered by the recommenders. The trustor node evaluates each recommender and calculates its merit by using the root mean square (RMS) error and the trust value of the trustor relative to the recommender. Furthermore, IFTS computes indirect trust based on the trust chain, i.e., a set of recommender nodes. This trust chain is built using the greedy strategy based on the closest and most reliable recommender nodes. Further, IFTS uses a sliding time window for refreshing trust values. Finally, the simulation and evaluation process of IFTS is carried out in comparison with a recommendation management trust mechanism based on collaborative filtering and variable weight fuzzy algorithm (CFFTM), an adaptive trust model based on long short-term memory (LTrust), and a trust model based on cloud theory (TMC) under three attacks, namely bad/good mouthing attack, collusion attack, and hybrid attack, and its results are compared in terms of two criteria, i.e., diagnosis accuracy rate and false diagnosis rate. Hence, in the bad/good mouthing attack, IFTS improves the indirect trust level of honest nodes, accuracy, and the false diagnosis rate by 2.24%, 1.97%, and 12.68%, respectively. In the collusion attack, IFTS upgrades the indirect trust level of abnormal nodes, accuracy, and the false diagnosis rate by 7.2%, 1.17%, and 0.69%, respectively. In a hybrid attack, IFTS optimizes accuracy and the false diagnosis rate by 2.30% and 29.27%, respectively.

In Czech

Vzhledem k neustálému pokroku ve výzkumu oceánů se podvodní akustické senzorové sítě (UASN) staly významným středem výzkumu. Nicméně inherentní otevřenost a nedostatek dohledu v těchto sítích je vystavují různým bezpečnostním hrozbám. Proto jsou pro udržení normálního výkonu těchto sítí nezbytné efektivní a spolehlivé bezpečnostní systémy. Nicméně v procesu hodnocení důvěryhodnosti pravděpodobně nepoctivé uzly vysílají v síti nesprávná doporučení. To snižuje přesnost hodnoty důvěryhodnosti a ovlivňuje normální chod procesu důvěryhodnosti. Pro řešení tohoto problému tento článek představuje inteligentní systém důvěryhodnosti založený na fuzzy logice (IFTS) v UASN. Navrhované schéma využívá mechanismus fuzzy důvěryhodnosti k posouzení přímé důvěryhodnosti. Pro návrh tohoto mechanismu se jako vstupy v tomto fuzzy systému považují energetické důkazy, datové důkazy a komunikační důkazy a přímá důvěra se extrahuje jako fuzzy výstup. Energetické důkazy se získávají ze zbývající energie a rychlosti změny energie. Datové důkazy se získávají z míry ztráty paketů a konzistence dat a komunikační důkazy se vypočítávají na základě tří parametrů souvisejících s linkou, a to spolehlivosti linky, zpoždění linky a stability linky. Důvěra doporučení závisí také na doporučeních nabízených doporučovateli. Uzel důvěryhodného uzlu vyhodnocuje každého doporučujícího uzlu a vypočítává jeho hodnotu pomocí střední kvadratické chyby (RMS) a hodnoty důvěryhodnosti důvěryhodného uzlu vzhledem k doporučujícímu uzlu. IFTS dále vypočítává nepřímou důvěryhodnost na základě řetězce důvěryhodnosti, tj. sady doporučujících uzlů. Tento řetězec důvěryhodnosti je vytvořen pomocí chamtivé strategie založené na nejbližších a nejspolehlivějších doporučujících uzlech. IFTS dále používá posuvné časové okno pro obnovování hodnot důvěryhodnosti. Nakonec je proces simulace a vyhodnocení IFTS proveden ve srovnání s mechanismem důvěryhodnosti pro správu doporučení založeným na kolaborativním filtrování a fuzzy algoritmu s proměnnou vahou (CFFTM), adaptivním modelem důvěryhodnosti založeným na dlouhé krátkodobé paměti (LTrust) a modelem důvěryhodnosti založeným na teorii cloudu (TMC) za tří útoků, a to útoku typu „bad/good mouthing“, útoku založeném na tajné dohodě a hybridním útoku, a výsledky jsou porovnány z hlediska dvou kritérií, tj. míry přesnosti diagnózy a míry falešných diagnóz. Při útoku typu „zlý/dobrý“ tedy IFTS zlepšuje úroveň nepřímé důvěryhodnosti poctivých uzlů, přesnost a míru falešných diagnóz o 2,24 %, 1,97 % a 12,68 %. Při útoku typu „koluze“ IFTS zvyšuje úroveň nepřímé důvěryhodnosti abnormálních uzlů, přesnost a míru falešných diagnóz o 7,2 %, 1,17 % a 0,69 %. Při hybridním útoku IFTS optimalizuje přesnost a míru falešných diagnóz o 2,30 % a 29,27 %.