传感器网络簇头监视节点秘密选择协议制造技术

本发明专利技术提供一种传感器网络簇头监视节点秘密选择协议，包括：步骤1、在簇头节点O确定之后，由簇头节点O发起节点群构建子协议，建立节点群；步骤2、各节点在明确备选节点身份后，发起令牌生成子协议，建立其所持有令牌集；步骤3、节点群中序列号最小的备选节点发起节点秘密选择子协议，结合各备选节点所持有令牌集确定下一个监视周期中的簇头监视节点；步骤4、进入监视周期，在监视周期即将结束时，各备选节点发起令牌生成子协议，更新其令牌集；步骤5、重复执行步骤3至步骤4；步骤6、在监视周期内，若簇头节点失去簇头地位，簇头节点发起节点群撤消子协议，协议中止。本发明专利技术能够极大地增加攻击者的攻击难度，从而提高网络安全性能。

【技术实现步骤摘要】
传感器网络簇头监视节点秘密选择协议
本专利技术涉及传感器网络
，尤其涉及一种传感器网络簇头监视节点秘密选择协议。
技术介绍
低功耗自适应集簇分层型(LowEnergyAdaptiveClusteringHierarchy；LEACH)协议，是一种无线传感器网络路由协议。该协议的基本思想是：以循环的方式随机选择簇头节点，将整个网络的能量负载平均分配到每个传感器节点中，从而达到降低网络能源消耗、提高网络整体生存时间的目的。LEACH在运行过程中不断的循环执行簇的重构过程，每个簇重构过程可以用回合的概念来描述。每个回合可以分成两个阶段：簇的建立阶段和传输数据的稳定阶段。为了节省资源开销，稳定阶段的持续时间要大于建立阶段的持续时间。簇头节点的选择依据网络中所需要的簇头节点总数和迄今为止每个节点已成为簇头节点的次数来决定。具体的选择办法是：每个传感器节点随机生成0-1之间的一个值，若传感器节点生成的随机值小于某一个阈值，那么该节点成为簇头节点。选定簇头节点后，簇头节点通过广播告知整个网络。网络中的其他节点根据接收信息的信号强度决定从属的簇，并通知相应的簇头节点，完成簇的建立。最后，簇头节点采用TDMA/CDMA方式为簇中每个节点分配向其传递数据的时间点。稳定阶段中，传感器节点将采集的数据传送到簇头节点。簇头节点对簇中所有节点所采集的数据进行信息融合后再传送给汇聚节点，这是一种较少通信业务量的合理工作模型。稳定阶段持续一段时间后，网络重新进入簇的建立阶段，进行下一回合的簇重构，不断循环，每个簇采用不同的TDMA/CDMA方式进行通信来减少其他簇内节点的干扰。LEACH协议的选择结果对于用户和攻击者都是公开的。LEACH选择节点的标准是网络中所需要的此类节点总数和迄今为止每个节点已成为此类节点的次数，并且最终还需要公开选择结果。这虽然方便了用户选择，但是也便于攻击者确定攻击目标。现有传感器网络所采用的簇头节点选择算法，往往只是着眼于延长网络生命周期、节约节点能量。然而，作为簇内节点数据汇集节点，簇头节点自然成为攻击目标。由于传感器网络节点经常部署在管理者并不完全物理控制的环境中，难以确保传感器节点不被攻击者所控制。一旦簇头节点被攻击者所控制，将对传感器网络的整个安全造成影响。图4描述一种可能的攻击场景。为了确保贵重物品不被窃取，人们在物品周围部署了若干压力、位置、红外等多类型传感器节点(图1中圆圈代表传感器节点)，收集物品周围环境的变化，感知物品非法移动、不明物体非法侵入等异常事件。这些传感器节点所感知的数据需要通过簇头节点向上汇集(簇头节点如图阴影圆圈所示)。由于传感器网络内消息通常都是公开的，攻击者能够容易的探知簇头节点的位置，并对其实施控制，甚至上报虚假数据，从而使传感器网络无法感知可能导致贵重物品被窃取的异常事件。
技术实现思路
为了解决特殊场景下传感器网络无法感知异常事件的技术问题，本专利技术提供一种传感器网络簇头监视节点秘密选择协议，增强传感器网络的整体安全性。本专利技术提供的一种传感器网络簇头监视节点秘密选择协议，包括如下步骤：步骤1、在簇头节点O确定之后，由所述簇头节点O发起节点群构建子协议，建立节点群，所述节点群指所有参与簇头监视节点选择的备选节点集合，每个备选节点设置有一活动节点集，所述活动节点集记录有所有备选节点的节点信息，所述节点信息包括序列号；步骤2、传感器网络中的各节点在明确备选节点身份后，发起令牌生成子协议，建立其所持有令牌集；步骤3、节点群中序列号最小的备选节点发起节点秘密选择子协议，结合各备选节点所持有令牌集确定下一个监视周期中的簇头监视节点；步骤4、进入监视周期，在监视周期即将结束时，各备选节点发起令牌生成子协议，更新其所持有令牌集；步骤5、重复执行步骤3至步骤4；步骤6、在监视周期内，若簇头节点失去簇头地位，簇头节点发起节点群撤消子协议，协议中止。进一步地，所述步骤4还包括：在监视周期内，若新节点需要加入节点群，新节点发起节点增加子协议；在监视周期内，若节点需要退出节点群，待退群节点发起节点退出子协议。进一步地，所述步骤4还包括：在监视周期即将结束时，节点群中序列号最小的备选节点检查是否到群维护周期，若已到群维护周期，由其发起节点群维护子协议。进一步地，所述节点群构建子协议包括：步骤1.1、簇头节点O广播消息Msg(Init,IDO,Mdata)，其中，Mdata是监视簇头节点所必需的信息；步骤1.2、收到所述消息Msg(Init,IDO,Mdata)的备选节点IDi增加发射功率，广播其加入簇头监视节点选择的消息Msg(Init-R,IDO,IDi)；步骤1.3、同时接收到所述消息Msg(Init,IDO,Mdata)和所述消息Msg(Init-R,IDO,IDi)的节点将IDi记录在其所持有活动节点集中。进一步地，所述令牌生成子协议包括：步骤2.1、各备选节点清空其所持有的令牌集Token，并各自继续完成下列动作；步骤2.2、根据预先约定的令牌数量与能量水平之间的映射规则，确定所持有令牌数量为s，其中s_down≤s≤s_up，s_down为预设令牌数量下限值，s_up为预设令牌数量上限值；步骤2.3、生成随机数random，并计算k＝randommodn，n为备选节点总数；步骤2.4、将k加入令牌集Token＝{k}；步骤2.5、检测当前时刻所述令牌集中的令牌数量，若令牌数量未达到s，继续生成随机数random’，并计算k’＝random’modn；步骤2.6、若k’与所述令牌集中其它令牌均不相同，将k’加入所述令牌集，否则返回步骤2.5，重新计算k’；步骤2.7、重复步骤2.5和步骤2.6，直至所述令牌集中的令牌数量达到s个。进一步地，所述节点秘密选择子协议包括：步骤3.1、节点群中序列号最小的备选节点ID1随机生成一段字符串str1，封装成节点秘密选择消息Msg(Sel,IDO,ID1,str1)，并增大发射功率，向其他所有备选节点广播所述节点秘密选择消息Msg(Sel,IDO,ID1,str1)；步骤3.2、待间隔时间T后，节点群中序列号次小的节点ID2随机生成一段字符串str2，封装成节点秘密选择消息Msg(Sel,IDO,ID2,str2)，并增大发射功率，向其他所有备选节点广播所述节点秘密选择消息Msg(Sel,IDO,ID2,str2)；步骤3.3、依此类推，每间隔时间T后，根据序列号大小，备选节点IDi随机生成一段字符串stri，封装成节点秘密选择消息Msg(Sel,IDO,IDi,stri)，并增大发射功率，向其他所有备选节点广播所述节点秘密选择消息Msg(Sel,IDO,IDi,stri)，i＝3,4,……,n，n为备选节点总数；步骤3.4、每个备选节点收集所有备选节点生成的字符串得到新字符串str＝str1||str2||…||strn，其中||为字符串拼接操作；步骤3.5、每个备选节点计算下一个监视周期的工作令牌token＝hash(str)modn，token即为秘密选择结果，各备选节点查看所述token是否命中其所持有令牌集中的令牌，若命中，则表示由其作为下一个监视周期中的簇头监视节点。进一步地，所述节点群撤消子协议包括：步骤4.1、簇头节点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.传感器网络簇头监视节点秘密选择协议，其特征在于，包括：步骤1、在簇头节点O确定之后，由所述簇头节点O发起节点群构建子协议，建立节点群，所述节点群指所有参与簇头监视节点选择的备选节点集合，每个备选节点设置有一活动节点集，所述活动节点集记录有所有备选节点的节点信息，所述节点信息包括序列号；步骤2、传感器网络中的各节点在明确备选节点身份后，发起令牌生成子协议，建立其所持有令牌集；步骤3、节点群中序列号最小的备选节点发起节点秘密选择子协议，结合各备选节点所持有令牌集确定下一个监视周期中的簇头监视节点；步骤4、进入监视周期，在监视周期即将结束时，各备选节点发起令牌生成子协议，更新其所持有令牌集；步骤5、重复执行步骤3至步骤4；步骤6、在监视周期内，若簇头节点失去簇头地位，簇头节点发起节点群撤消子协议，协议中止。

【技术特征摘要】
1.传感器网络簇头监视节点秘密选择协议，其特征在于，包括：步骤1、在簇头节点O确定之后，由所述簇头节点O发起节点群构建子协议，建立节点群，所述节点群指所有参与簇头监视节点选择的备选节点集合，每个备选节点设置有一活动节点集，所述活动节点集记录有所有备选节点的节点信息，所述节点信息包括序列号；步骤2、传感器网络中的各节点在明确备选节点身份后，发起令牌生成子协议，建立其所持有令牌集；步骤3、节点群中序列号最小的备选节点发起节点秘密选择子协议，结合各备选节点所持有令牌集确定下一个监视周期中的簇头监视节点；步骤4、进入监视周期，在监视周期即将结束时，各备选节点发起令牌生成子协议，更新其所持有令牌集；步骤5、重复执行步骤3至步骤4；步骤6、在监视周期内，若簇头节点失去簇头地位，簇头节点发起节点群撤消子协议，协议中止。2.根据权利要求1所述的协议，其特征在于，所述步骤4还包括：在监视周期内，若新节点需要加入节点群，新节点发起节点增加子协议；在监视周期内，若节点需要退出节点群，待退群节点发起节点退出子协议。3.根据权利要求1或2所述的协议，其特征在于，所述步骤4还包括：在监视周期即将结束时，节点群中序列号最小的备选节点检查是否到群维护周期，若已到群维护周期，由其发起节点群维护子协议。4.根据权利要求1所述的协议，其特征在于，所述节点群构建子协议包括：步骤1.1、簇头节点O广播消息Msg(Init,IDO,Mdata)，其中，Mdata是监视簇头节点所必需的信息；步骤1.2、收到所述消息Msg(Init,IDO,Mdata)的备选节点IDi增加发射功率，广播其加入簇头监视节点选择的消息Msg(Init-R,IDO,IDi)；步骤1.3、同时接收到所述消息Msg(Init,IDO,Mdata)和所述消息Msg(Init-R,IDO,IDi)的节点将IDi记录在其所持有活动节点集中。5.根据权利要求1所述的协议，其特征在于，所述令牌生成子协议包括：步骤2.1、各备选节点清空其所持有的令牌集Token，并各自继续完成下列动作；步骤2.2、根据预先约定的令牌数量与能量水平之间的映射规则，确定所持有令牌数量为s，其中s_down≤s≤s_up，s_down为预设令牌数量下限值，s_up为预设令牌数量上限值；步骤2.3、生成随机数random，并计算k=randommodn，n为备选节点总数；步骤2.4、将k加入令牌集Token={k}；步骤2.5、检测当前时刻所述令牌集中的令牌数量，若令牌数量未达到s，继续生成随机数random’，并计算k’=random’modn；步骤2.6、若k’与所述令牌集中其它令牌均不相同，将k’加入所述令牌集，否则返回步骤2.5，重新计算k’；步骤2.7、重复步骤2.5和步骤2.6，直至所述令牌集中的令牌数量达到s个。6.根据权利要求1所述的协议，其特征在于，所述节点秘密选择子协议包括：步骤3.1、节点群中序列号最小的备选节点ID1随机生成一段字符串str1，封装成节点秘密选择消息Msg(Sel,IDO,ID1,str1)，并增大发射功率，向其他所有备选节点广播所述节点秘密选择消息Msg(Sel,IDO,ID1,str1)；步骤3.2、待间隔时间T后，节点群中序列号次小的节点ID2随机生成一段字符串str2，封装成节点秘密选择消息Msg(Sel,IDO,ID2,str2)，并增大发射功率，向其他所有备选节点广播所述节点秘密选择消息Msg(Sel,IDO,ID2,str2)；步骤3.3、依此类推，每间隔时间T后，根据序列号大小，备选节点IDi随机生成一段字符串stri，封装成节点秘密选择消息Msg(Sel,IDO,IDi,stri)，并增...

【专利技术属性】
技术研发人员：周洪伟，原锦辉，张玉臣，张来顺，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队信息工程大学，
类型：发明
国别省市：河南,41