[发明专利]无线传感器网络中应对恶意干扰的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种无线通信技术领域的方法，具体是一种基于IEEE 802.15.4技术的无线传感器网络中应对恶意干扰的方法。

背景技术

无线传感器网络综合了传感器、嵌入式计算、分布式处理和无线通信等技术，是一种全新的信息获取和处理技术。无线传感器网络由随机分布的集成传感器、数据处理单元和通信模块的微小节点通过自组织的方式构成。它借助于节点中内置的形式多样的传感器，协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，对其进行处理，并通过无线和自组织多跳的网络方式，将获取到的信息送到终端用户。

随着无线传感器网络的发展与应用越来越广泛，其安全问题也日益重要。同时，受限于传感器结点本身计算能力、能量、传输媒介等的限制，无线传感器网络的安全问题比以往的因特网上的安全问题更为棘手。在无线传感器网络中，结点之间通信使用的是开放而且通信带宽受限的信道，这样使得干扰结点可以很容易地观测并参与到网络中正常结点的通信。所以，干扰结点只要绕过MAC层(介质访问控制层)和物理层的一些相应安全机制，通过简单地发送错误的信息就可以误导网络中的正常结点，从而影响整个传感器网络的正常工作。这种干扰攻击可以看成DoS攻击(denial-of-service，拒绝服务攻击)的一个特例。

经文献检索发现，作者Y.Law和P.Havinga在ISSNIP 2005的89-95页上发表文章：“Howto secure a wireless sensor network”，该文提到的一些无线传感器网络中抗干扰的方法，如基于物理层的FHSS扩频技术和DHSS扩频技术(直接序列扩频技术)，或者设计新的MAC层协议。前者需要改变现有的传感器结点的硬件设计，成本比较高，后者与现有的传感器网络不兼容。所以现在亟需发掘一些新的机制用于对干扰攻击。这个机制需要能达到一定的抗干扰能力，同时也需要能够在现有的传感器结点硬件上实现得了，并与当前的传感器网络互相兼容。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种无线传感器网络中应对恶意干扰的方法。本发明在IEEE 802.15.4协议的MAC层之上，通过引入相应的机制，使无线传感器网络具备抗干扰的能力而无须修改当前的传感器硬件设计，并且可与当前无线传感器网络相兼容。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

步骤1、传感器节点进行丢失节点判断后计算所有一跳邻居节点中的最大包传输成功率：

所述的丢失节点判断是指：传感器结点通过广播数据包至所有一跳邻居结点，并根据收到的回复消息来更新其邻居结点列表，当原有的邻居节点列表中有至少一个结点在更新后的邻居表中不再出现，则该邻居节点为丢失节点并执行步骤4。

所述的广播数据包的周期为50ms。

所述的最大包传输成功率是指：当不存在丢失节点时，传感器结点分别统计其自身及其邻居结点的广播数据包-回复消息的包传输成功率，并且得出包传输成功率中的最大值作为最大包传输成功率。

所述的广播数据包-回复消息的包传输成功率是指：在一个时间窗口W中，传感器结点统计成功发送的数据包的个数和成功到达目的地的数据包的个数，二者的比值即为包传输成功率Pdr；其中：W为2秒。

步骤2、当最大包传输成功率大于传输率阈值时返回步骤1，否则传感器结点测量当前通信信道中的信号能量强度；

所述的当前通信信道中的信号能量强度通过以下方式获得：传感器结点每隔1ms，连续50次读取信道中的信号能量强度，并选取50个信号能量强度值中最大的三个，取平均后作为当前通信信道中的信号能量强度。

所述的传输率阈值为50％。

步骤3、当信号能量强度小于信号强度阈值时回到步骤1；否则传感器结点将当前通信信道切换至保留信道，并在保留信道上等待重新连接，当重新连接则回到步骤1；否则传感器结点搜索所有可用通信信道并依次在各个可用通信信道上等待重新连接，当重新连接则回到步骤1；否则传感器节点将当前通信信道切换至初始信道，并等待连接，一直到连接上后回到步骤1；

所述的保留信道为传感器网络中在初始化时就预先设定好的无干扰信道序列，该保留信道通过以下方式得到：对所有的信道进行编码，网络中的每个传感器结点共享同一个密钥用于产生一个相同的随机数序列，当需要获得一个保留信道编号时，按照所述的随机数序列进行搜索得到的第一个空闲的信道即为保留信道。

所述的空闲的信道是指：当信道中的信号能量强度低于阈值时，则断定信道为空闲。