一种基于伪螺旋的无线传感器网络路由方法技术

本发明专利技术公开了一种基于伪螺旋的无线传感器网络路由方法，包括网络初始化阶段和信息发送阶段，网络初始化阶段：部署域中的各个基站将部署域划分为若干子域并进行排序；各基站分别计算阿基米德螺线所经过的传感器，并进行广播；传感器接收广播信息并将其标记在相应的状态位；各个传感器间感知其覆盖范围内是否有右或左传感器被标记为环传感器；信息发送阶段：源节点G(h)跳有限洪泛，阶段b：(k，p)‑环路由；阶段c：G(h)跳基站伪装。本发明专利技术采用泰森多边形划分规则对无线传感器网络中各个基站进行部署，通过数据螺旋式路由，增强隐私保护的强度；传感器不定期地生成并发送伪消息以扰乱攻击者，提升源节点位置隐私抗攻击的能力。

A Pseudo-Helix Based Routing Method for Wireless Sensor Networks

The invention discloses a routing method for wireless sensor networks based on pseudo-helix, including network initialization stage and information transmission stage, network initialization stage: each base station in the deployment domain divides the deployment domain into several sub-domains and arranges them; each base station calculates the sensors passed by Archimedes helix separately and broadcasts them; the sensor receives broadcast information and broadcasts them. Labeled in the corresponding state bits; each sensor perceives whether the right or left sensor is labeled as a ring sensor within its coverage; information transmission stage: source node G (h) hopping limited flooding, stage b: (k, p)ring routing; stage c: G (h) hopping base station camouflage. The invention adopts Tyson polygon partition rule to deploy each base station in wireless sensor network, enhances the intensity of privacy protection by data spiral routing, generates and sends false messages from time to time to disturb attackers, and improves the ability of source node location privacy against attacks.

【技术实现步骤摘要】
一种基于伪螺旋的无线传感器网络路由方法
本专利技术涉及通讯
，尤其涉及一种基于伪螺旋的无线传感器网络路由方法。
技术介绍
随着海事活动的日趋频繁，海上无线传感网(MarineWirelessSensorNetworks，MWSNs)因其布设速度快，方式灵活、成本低等特点，被广泛应用于国防军事、环境监测、海洋灾害预警、海洋油气勘探等领域。海上无线传感网络中大多采用无线多跳的通信方式，由于传感器的能量、存储和通信能力的限制，MWSNs容易受到各种位置攻击。此外，MWSNs经常涉及收集和传输大量敏感数据，这涉及国家信息安全。一旦节点位置(包括源节点和基站)被攻击者泄漏或捕获，就会导致一系列的衍生攻击，如敏感数据窃取、军事目标情报收集等。MWSNs较为典型的应用是美国海军的协同作战能力(CooperativeEngagementCapability，CEC)系统，使用舰船或飞机等捕获海洋军事设施内无线传感器网络中的流量数据，通过技术手段对其定位后实现精确打击。因此，节点位置的隐私保护成为MWSNs安全的首要任务。在MWSNs中，节点位置保密技术是保护网络中某些重要节点(如源节点、基站等)的位置信息的方法。定位源节点意味着攻击者可以发现源节点附近有价值的目标；在定位基站时，意味着攻击者可以攻击基站并窃取重要信息；匿名通信技术通过隐藏通信过程中节点的标识来保护源节点或基站的位置。但是，与陆地环境不同，在海洋环境下的MWSNs源节点位置隐私保护面临着新的挑战：首先，传感器节点在海域上静态部署，海洋环境导致网络施工、维护困难，特别是空旷海域环境下，网络覆盖范围缺少遮蔽物和可供隐藏位置，节点位置信息更容易被定位，使得源节点位置隐私被暴露的风险陡增；其次，海上传感网中涉及到海洋环境监测、军事等领域的大量敏感数据，关涉国家信息安全，源节点位置隐私一旦暴漏或被攻击者捕获，会由此带来较多的衍生攻击，如海洋敏感数据窃取、军事目标情报收集等，因此，需要轻量级的、高安全的源节点位置隐私保护方法；再者，传统单一、固定的源节点位置隐私保护模式难以抵御大样本下的知识关联攻击，如基于随机游走或多路径的路径伪装方案、陷阱诱导策略等，在海洋环境下，攻击者可以轻易使用资源优良的监听设备，监听传感网中大规模数据样本数据集，通过关联分析、神经网络等大数据挖掘与分析技术，能大概率地识别出相对精确的位置隐私保护的模式，进而威胁到节点的位置隐私的安全。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种基于伪螺旋的无线传感器网络路由方法(FSLPS，FakeSpiralLocation-privacyProtectionScheme，FSLPS)。为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术是通过以下技术方案实现：一种基于伪螺旋的无线传感器网络路由方法，包括：1)网络初始化阶段：根据泰森多边形划分规则，无线传感器网络中各个基站以其各自位置信息对其部署域进行划分，使得：每个被划分的子部署域Vcell中有且仅有一个基站；给定一个Vcelli及其覆盖的基站qi，则其上任意一点ni到qi的距离小于等于其到其它基站的距离，当且仅当ni位于区域边界点时，等号成立；结合泰森多边形划分规则及Hilbert空间填充曲线，基站通过以下步骤对网络进行初始化：步骤a：部署域中的各个基站使用泰森多边形划分规则及Hilbert空间填充曲线将部署域划分为若干子域并进行排序，各传感器将其所属的Hilbert序号Gcelli及泰森多边形划分域号Vcelli分别记录于其相应的状态码中；步骤b：各个Gcell边界的传感器感知其覆盖范围内同属一个Vcell的最小上Gcell号传感器集及最大下Gcell号传感器集，并根据与其同属一个Vcell基站的相对位置将其分别标记为向心节点集和离心节点集；步骤c：各基站分别计算以自身为中心、R为半径的阿基米德螺线所经过的传感器，并进行广播；而各个传感器仅接收其所属Vcell的基站的广播信息并将其标记在相应的状态位；步骤d：各个传感器间感知其覆盖范围内是否有右或左传感器被标记为环传感器，若存在，则将其记录在其环右侧节点集中；2)信息发送阶段：在预配置和初始化阶段，各传感器节点qi预载入两个对称密钥ki，B，ki和一个哈希函数F；其中，ki，B为qi与基站共享的对称密钥；ki为节点qi与其邻节点共享的广播密钥；信息传输主要包括以下步骤：步骤e：源节点G(h)跳有限洪泛，G(h)为一个随机函数；步骤f：(k，p)-环路由：k表示路由所需经过的最大环数，p为传感器节点以环右侧节点集中节点为下一条中继的路由概率，(1-p)为节点以向心节点集或离心节点集中的节点为下一条候选中继的路由概率，其中，向心节点集或离心节点集的选择由信息的状态位决定，当信息未路由至基站时，相应的状态位为1-向心节点集；当基站接收到信息后，将其相应的状态位改为0-离心节点集；步骤g：G(h)跳基站伪装：将信息伪装成一个普通的“中继”节点，当信息被基站接收时，基站将该信息进行有限的G(h)跳转发。进一步地，所述网络初始化阶段的步骤a中，给定待划分区域G：首先将G划分为N×N个大小均一的格状子区域Gcell，其中N∈2n(n＝1，2，…)；使用Hilbert线序对Gcells进行编号排序。进一步地，所述信息发送阶段中，传感器节点不定期地生成并发送伪消息以扰乱攻击者，每一个传感器节点qi在初始化时预载入两个随机数：λ和hfake，其中，λ表示伪消息产生的概率，hfake表示一个伪消息被转发的最大次数。进一步地，所述伪信息的混淆生成策略中加入了触发机制和抑制机制，触发机制：每一个传感器含有一个计时器Ti，当传感器节点长时间没有作为源节点或中继节点传输信息即Ti>t时，则伪信息混淆生成机制被触发，并将伪信息的相应状态值改为Fake，其自身节点的状态也改为Fake；其中，每一个传感器节点所设定的计时器的值各异，传感器的状态值Fake将在其结束伪信息后的m个计时器周期后恢复为True；抑制机制：当传感器节点感知到其覆盖范围内的其它节点的状态值为Fake时，其自身的计时器暂停；此外，当该节点正在传输信息状态值为True的信息时，若同时接收到状态值为Fake的信息，则忽略其hfake参数的设置，直接将其丢弃。进一步地，所述信息发送阶段的步骤f中，参数p的取值由一个与信息传播跳数h呈反向趋势的函数Q(h)来确定。进一步地，所述信息发送阶段的步骤g中，信息安全传输算法描述如下：算法.信息安全传输算法输入：节点ni，最大环数k，路由概率p，ni的向心节点集Ux，ni的离心节点集Ul，ni的环右侧节点集Uc,ni所属的VcellVcelli和GcellGcelli,随机函数W(*)输出：节点nj步骤：。本专利技术的有益效果是：本专利技术针对“根据传输方向确定节点位置，从而突破现有的防御”特点的攻击模式，提供了一种基于伪螺旋的无线传感器网络路由方法，采用泰森多边形划分规则对无线传感器网络中各个基站进行部署，通过数据螺旋式路由，增强隐私保护的强度；为了抵御大数据采样攻击，传感器不定期地生成并发送伪消息以扰乱攻击者，进一步地提升了整个网络中源节点位置隐私抗攻击的能力。当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于伪螺旋的无线传感器网络路由方法，其特征在于包括：1)网络初始化阶段：根据泰森多边形划分规则，无线传感器网络中各个基站以其各自位置信息对其部署域进行划分，使得：每个被划分的子部署域Vcell中有且仅有一个基站；给定一个Vcelli及其覆盖的基站qi，则其上任意一点ni到qi的距离小于等于其到其它基站的距离，当且仅当ni位于区域边界点时，等号成立；结合泰森多边形划分规则及Hilbert空间填充曲线，基站通过以下步骤对网络进行初始化：步骤a：部署域中的各个基站使用泰森多边形划分规则及Hilbert空间填充曲线将部署域划分为若干子域并进行排序，各传感器将其所属的Hilbert序号Gcelli及泰森多边形划分域号Vcelli分别记录于其相应的状态码中；步骤b：各个Gcell边界的传感器感知其覆盖范围内同属一个Vcell的最小上Gcell号传感器集及最大下Gcell号传感器集，并根据与其同属一个Vcell基站的相对位置将其分别标记为向心节点集和离心节点集；步骤c：各基站分别计算以自身为中心、R为半径的阿基米德螺线所经过的传感器，并进行广播；而各个传感器仅接收其所属Vcell的基站的广播信息并将其标记在相应的状态位；步骤d：各个传感器间感知其覆盖范围内是否有右或左传感器被标记为环传感器，若存在，则将其记录在其环右侧节点集中；2)信息发送阶段：在预配置和初始化阶段，各传感器节点qi预载入两个对称密钥ki，B，ki和一个哈希函数F；其中，ki，B为qi与基站共享的对称密钥；ki为节点qi与其邻节点共享的广播密钥；信息传输主要包括以下步骤：步骤e：源节点G(h)跳有限洪泛，G(h)为一个随机函数；步骤f：(k，p)‑环路由：k表示路由所需经过的最大环数，p为传感器节点以环右侧节点集中节点为下一条中继的路由概率，(1‑p)为节点以向心节点集或离心节点集中的节点为下一条候选中继的路由概率，其中，向心节点集或离心节点集的选择由信息的状态位决定，当信息未路由至基站时，相应的状态位为1‑向心节点集；当基站接收到信息后，将其相应的状态位改为0‑离心节点集；步骤g：G(h)跳基站伪装：将信息伪装成一个普通的“中继”节点，当信息被基站接收时，基站将该信息进行有限的G(h)跳转发。...

【技术特征摘要】
1.一种基于伪螺旋的无线传感器网络路由方法，其特征在于包括：1)网络初始化阶段：根据泰森多边形划分规则，无线传感器网络中各个基站以其各自位置信息对其部署域进行划分，使得：每个被划分的子部署域Vcell中有且仅有一个基站；给定一个Vcelli及其覆盖的基站qi，则其上任意一点ni到qi的距离小于等于其到其它基站的距离，当且仅当ni位于区域边界点时，等号成立；结合泰森多边形划分规则及Hilbert空间填充曲线，基站通过以下步骤对网络进行初始化：步骤a：部署域中的各个基站使用泰森多边形划分规则及Hilbert空间填充曲线将部署域划分为若干子域并进行排序，各传感器将其所属的Hilbert序号Gcelli及泰森多边形划分域号Vcelli分别记录于其相应的状态码中；步骤b：各个Gcell边界的传感器感知其覆盖范围内同属一个Vcell的最小上Gcell号传感器集及最大下Gcell号传感器集，并根据与其同属一个Vcell基站的相对位置将其分别标记为向心节点集和离心节点集；步骤c：各基站分别计算以自身为中心、R为半径的阿基米德螺线所经过的传感器，并进行广播；而各个传感器仅接收其所属Vcell的基站的广播信息并将其标记在相应的状态位；步骤d：各个传感器间感知其覆盖范围内是否有右或左传感器被标记为环传感器，若存在，则将其记录在其环右侧节点集中；2)信息发送阶段：在预配置和初始化阶段，各传感器节点qi预载入两个对称密钥ki，B，ki和一个哈希函数F；其中，ki，B为qi与基站共享的对称密钥；ki为节点qi与其邻节点共享的广播密钥；信息传输主要包括以下步骤：步骤e：源节点G(h)跳有限洪泛，G(h)为一个随机函数；步骤f：(k，p)-环路由：k表示路由所需经过的最大环数，p为传感器节点以环右侧节点集中节点为下一条中继的路由概率，(1-p)为节点以向心节点集或离心节点集中的节点为下一条候选中继的路由概率，其中，向心节点集或离心节点集的选择由信息的状态位决定，当信息未路由至基站时，相应的状态位为1-向心节点集；当基站接收到信息后，将其相应的状态位改为0-离心节点集；步骤g：G(h)跳基站伪装：将信息伪装成...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志刚，
申请(专利权)人：山西财经大学，
类型：发明
国别省市：山西,14