[发明专利]一种无线传感器网络安全多跳定位方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络定位技术领域，特别是非可信锚节点干扰条件下的无线传感器网络节点多跳自定位，具体为一种无线传感器网络安全多跳定位方法。

背景技术

无线传感器网络(简称传感网)是由大量的具有数据采集和处理功能的传感器节点以无线通讯的方式组成的多跳自组织网络系统。作为连接现实物理世界和虚拟信息世界的桥梁，无线传感器网络在环境监测、军事安全、物流交通、工业控制、精细农业、智能家居和医疗护理等众多方面都有广泛的用途。

在实际应用中，传感器节点通过相互协作可以完成对多种环境参数(如温度、湿度、光强、压力、加速度等)的感知。当被感知的信息需要有传感器节点的位置信息伴随时，传感网节点自定位成为其应用的前提。传感网节点自定位是指网络中未知坐标的传感器节点(未知节点)根据已知坐标的传感器节点(锚节点)和节点间的几何约束关系，按照某种机制确定自身的位置坐标。由于锚节点通常依靠GPS模块或人工部署的方式来获取自身位置信息，提高锚节点密度会极大地增加网络构建成本，因此大规模无线传感器网络中锚节点往往以稀疏的形式部署。这时，多跳定位成为实现传感网节点自定位的有效方法。

根据定位过程中是否需要测量节点间的距离，多跳定位方法可分为基于测距的多跳定位方法和非基于测距的多跳定位方法。其中，基于测距的多跳定位方法在定位过程中采用非相邻节点间的最小跳段距离来代替两者间的直线距离，典型的方法有：Dragos Niculescu等人提出的DV-distance方法，Hyuk Lim等人提出的PDM方法，Chen Wang等人提出的i-Multihop方法，King-Yip Cheng等人提出的HyBloc方法等；非基于测距的多跳定位方法在定位过程中利用节点间的最小跳数乘上单跳长度来估计节点间的距离，典型的方法有：Dragos Niculescu等人提出的DV-hop方法，Chris Savarese等人提出的Hop-TERRAIN方法，Sau Yee Wong等人提出的DHL方法，Bin Xiao等人提出的RAL方法等。

上述多跳定位方法都是在锚节点广播的位置坐标完全正确的理想条件下实现节点自定位的。然而，在实际定位中，一些锚节点提供的位置信息可能是错误或不可靠的(称为非可信锚节点)。例如，用于森林火灾监测或野生动物生态习性研究的传感网中，一些人工部署的锚节点可能会被野生动物或飓风移动，定位过程中其广播的坐标与实际位置可能有很大的差距；在典型的水下传感网中，锚节点通过与带有GPS模块的浮标通讯求出自身的坐标，进而辅助未知节点定位，由于GPS模块的误差以及非视距等的影响，锚节点广播的位置坐标可能存在较大的不确定性；在恶劣环境下，传感网容易受到多种外部或内部攻击，一些恶意或妥协锚节点会发出虚假的位置信息，从而扰乱传感网节点的定位过程。在上述环境中，需要采用一定的方法消除或降低非可信锚节点对节点定位的不利影响，从而保证传感网多跳定位的安全准确。

发明内容

本发明的目的是提供一种无线传感器网络安全多跳定位方法，解决非可信锚节点干扰条件下的传感网多跳定位问题；通过对多跳可通讯范围内锚节点广播的位置坐标的信任度进行评估以及综合信任值合成，降低非可信锚节点对节点定位的不利影响，提高传感网多跳定位的准确度，保证传感网应用的安全可靠。

本发明提出一种无线传感器网络安全多跳定位方法，具体包括以下步骤：

步骤一：所有节点获取自身到其多跳可通讯范围内所有锚节点的多跳距离和多跳距离跳数；

1)所有锚节点向无线传感器网络中广播包含自身ID和自身位置坐标的位置信息帧，第i个锚节点N_i广播的位置信息帧LF_i的格式为：

LF_i＝{i，X_i，H_i，d_i}    (1)

其中，X_i为锚节点N_i广播的位置坐标；H_i为LF_i所经过的跳段数目，初始化为0；d_i为LF_i所经过的跳段距离之和，初始化为0；