一种无线传感器网络抗毁性增强方法技术

本发明专利技术提出了一种无线传感器网络抗毁性增强方法，无线传感器网络的抗毁性可通过路由控制、网络重构和拓扑演化得到改善。网络重构可通过引入具有较大初始能量的异构节点，作为数据传输的中继从而提高网络的异质性。本发明专利技术通过在传感器网络中增加异构节点，构建比原有链路可靠的通讯链路，从而提高网络中链路的异质性，增加其抗毁性。其中，异构节点能量可补充，并且具有较长的传输距离。本发明专利技术在传感器网络中增加一个异构节点，并通过距离模型确定异构节点的最优位置，进一步分析网络在应对随机性攻击和选择性攻击时的抗毁性，可知在增加异构节点后，网络的抗毁性得到了极大的提高。网络的抗毁性得到了极大的提高。网络的抗毁性得到了极大的提高。

【技术实现步骤摘要】
一种无线传感器网络抗毁性增强方法


[0001]本专利技术涉及无线传感器网络领域，尤其涉及一种无线传感器网络抗毁性增强方法的研究。

技术介绍

[0002]无线传感器网络是由大量的微传感器节点通过无线通信形成的多跳分布式网络系统。无线传感器网络技术在许多领域也得到了广泛的应用。然而，节点有限的计算能力、存储能力、能量等约束影响了无线传感器网络的发展。特别是无线传感器网络随机部署在复杂环境中，容易受到恶意节点的攻击。因此，安全路由协议的设计成为无线传感器网络的研究热点。关于无线传感器网络安全路由协议的研究有很多，各种专家学者从多个角度试图延长网络的生命周期，提高网络的安全传输指标。网络生存能力是指当网络受到选择性或随机攻击时，网络保持或恢复其性能到可接受水平的能力。作为无线传感器网络的一个重要特性，其理论意义和应用价值日益引起人们的关注和重视。如何构造具有良好抗破坏性能的无线传感器网络拓扑结构，已成为无线传感器网络面临的重要挑战。
[0003]本专利技术通过在传感器网络中增加异构节点，改变其拓扑结构，增加其抗毁性。其中，异构节点能量可补充，并且具有较长的传输距离。本专利技术在传感器网络中增加一个异构节点，并通过距离模型确定异构节点的最优位置，进一步分析网络在应对随机性攻击和选择性攻击时的抗毁性，可知在增加异构节点后，网络的抗毁性得到了极大的提高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提出一种无线传感器网络抗毁性增强方法，为无线传感器网络的抗毁性提升提供理论基础，可广泛应用于物联网等相关领域。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提出一种无线传感器网络抗毁性增强方法，具体包括建立传感器网络监测模型和异构节点位置的确定两个基本步骤。
[0006]步骤一，在本专利技术的一个实施例中，所述建立传感器网络监测模型进一步包括：对待监测区域进行网格化处理，以密度为gs均匀划分网格，得到M个网格点。除已有传感器节点的位置外，所有网格点都可作为添加异构节点的位置。
[0007]在二维监测区域中随机部署传感器节点，并设置一个汇聚节点Sink，通过添加一个异构节点，提高网络的抗毁性；异构节点具有能量可补充，传输距离远的特点，可直接与Sink通信。
[0008]步骤二，在本专利技术的一个实施例中，所述异构节点位置的确定进一步包括：传感器网络中共有N个普通传感器节点，N<M，N个普通传感器节点v
i
位置坐标为(x
i
,y
i
)，i＝1,2,
…
,N；假设待添加的异构节点h
k
的位置坐标为(u
k
,v
k
)，k＝1,2,
…
,M；汇聚节点Sink的位置坐标为(x
m
,y
m
)；规定普通节点到达汇聚节点的距离为d
is
，到达异构节点的距离为d
ih
，计算出d
is
和d
ih
的值，并比较大小关系，若d
is
≥d
ih
，则节点将数据传输给异构节点h
k
，然后由h
k
传输给Sink，否则直接将数据传输给Sink；通过对无线传感器网络的能耗分析可知，计算异
构节点的最佳部署问题，相当于求所有普通节点到Sink距离和的最小值问题；令d
i
表示异构网络中所有普通节点v
i
，i＝1,2,
…
,N，通过超级链路传输数据给Sink和直接传输数据给Sink的距离和；其中，不通过超级链路到达Sink的节点有S个，通过超级链路到达Sink的节点有H个，满足H+S＝N，当H个节点通过超级链路将数据传输至Sink时，给传输路径中的中继节点赋ID，假定有l个中继节点，ID＝1,2,
…
,l；中继节点坐标为(α
ID
，β
ID
)，给出传输距离公式：
[0009][0010]此外，在具有小世界特性的网络模型中，异构节点和Sink之间形成超级链路，超级链路进行数据传输不考虑能量消耗，因此，在考虑距离和时只需考虑普通节点到达异构节点的距离；
[0011]同理，当S个节点直接将数据传输至Sink时，给传输路径中的中继节点赋ID，假定有j个中继节点，ID＝1,2,
…
,j；中继节点坐标为(γ
id
，σ
id
),给出传输距离公式：
[0012][0013]最后，再求出异构节点h
k
在(u
k
,v
k
)位置时所有节点将数据传输至汇聚节点Sink的总距离d
k
，给出d
k
的距离公式：
[0014][0015]在监测区域内共有M个位置可作为异构节点的位置，可得到给定不同位置的异构节点时，所有普通节点到达Sink的距离和的集合D＝(d1，d2…
，d
M
)；求解集合D的最小值，即可确定异构节点的位置。
[0016]网络的抗毁性可通过分析其受到随机性攻击或选择性攻击时，网络的效益和连通性来进行评估。本专利技术对随机加入一个异构节点的传感器网络以及按照本专利技术提出的方法，在优化的位置加入一个异构节点的传感器网络两种情况下，受到选择性攻击和随机攻击的网络效益和连通性进行了对比，如专利技术书附图2
‑
图5所示。其中RSCN代表随机加入一个异构节点的情况，IRSCN代表按照本专利技术提出的方法，在优化的位置加入一个异构节点的传感器网络的情况。图2和图3为随机性受损和选择性受损情况下，网络连通性的对比图，网络的连通性定义为当网络中的失效节点被移除时,剩余网络各连通分支存活节点数总和同网络总节点数的比值，由图可以看出，IRSCN算法相对于RSCN算法受损趋势明显减缓。图4和图5为随机性受损和选择性受损情况下，网络效益的对比图，由图可以看出，IRSCN算法相对于RSCN算法受损趋势同样明显减缓。因此，本专利技术提出的方法可以有效提高传感器网络的抗毁性。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例的一种无线传感器网络抗毁性增强方法流程图；
[0018]图2为本专利技术实施例的随机性受损下网络的连通性对比图；
[0019]图3为本专利技术实施例的选择性受损下网络的连通性对比图；
[0020]图4为本专利技术实施例的随机性受损下网络效益的对比图；
[0021]图5为本专利技术实施例的选择性受损下网络效益的对比图。
具体实施方式
[0022]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的意义。下面所描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。
[0023]本专利技术是针对无线传感器网络的安全性，提出的一种无线传感器网络抗毁性增强方法。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无线传感器网络抗毁性增强方法，其特征在于：在二维监测区域中随机部署传感器节点，并设置一个汇聚节点Sink，通过添加一个异构节点，提高网络的抗毁性；异构节点具有能量可补充，传输距离远的特点，可直接与Sink通信；对二维监测区域进行网格划分，共得到M个网格点，除已有传感器节点的位置外，所有网格点都可作为添加异构节点的位置；传感器网络中共有N个普通传感器节点，N<M，N个普通传感器节点v
i
位置坐标为(x
i
,y
i
)，i＝1,2,
…
,N；假设待添加的异构节点h
k
的位置坐标为(u
k
,v
k
)，k＝1,2,
…
,M；汇聚节点Sink的位置坐标为(x
m
,y
m
)；规定普通节点到达汇聚节点的距离为d
is
，到达异构节点的距离为d
ih
，计算出d
is
和d
ih
的值，并比较大小关系，若d
is
≥d
ih
，则节点将数据传输给异构节点h
k
，然后由h
k
传输给Sink，否则直接将数据传输给Sink；通过对无线传感器网络的能耗分析可知，计算异构节点的最佳部署问题，相当于求所有普通节点到Sink距离和的最小值问题；令d
i
表...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙茜，程恭学，羊峰波，王小艺，许继平，张慧妍，王立，于家斌，赵峙尧，
申请(专利权)人：北京工商大学，
类型：发明
国别省市：