[发明专利]无线传感器网络自适应网格安全路由方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络自适应网格安全路由方法，属于无线传感器网络技术领域。

背景技术

无线传感器网络现在被广泛应用在检测、医疗、空间探测等一些环境恶劣的情况下,随着计算机技术和信息技术的发展，它的重要性日益突出。无线传感器网络的应用环境决定网络本身很容易受到恶意节点的攻击，所以无线传感器网络的安全问题是首要考虑的问题。以安全、可靠的保密通信为目标的密钥管理是WSN安全研究的重点，也是安全路由协议的基础。

LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）路由协议是一种基于聚类的低功耗自适应路由协议，是Heinzelman和Chandrakasan等人在2000年提出的。LEACH的基本思想是引入“轮”的概念，通过随机地选择簇首，利用簇头汇聚数据然后与基站通信，这样就减少了节点与基站通信的能量损耗。LEACH协议将整体网络的能量损耗分配到网络中的每个节点。

LEACH协议的每一轮循环可分为两个阶段，即簇的建立阶段和数据传输阶段。在簇的建立阶段，网络将随机地选取传感器节点作为簇首，选取的原则是：每个传感器节点随机的生成一个0到1之间的数，如果生成的随机数小于阈值T(n)，则该节点当选为簇首，阈值T(n)按下列公式计算

T(n)=p1-p[rmod(1/p)]n∈G0n∉G---(1)]]>

其中P为节点成为簇头节点的百分比，r为选举轮数，rmod(1/p)代表这一轮循环中当选过簇头的节点个数，G是在最近一轮循环中未当选簇头的节点集合。簇头选定后，簇头节点以广播的方式向网络中发布信息，网络中的其他节点根据接收到的信号强度决定其所属的簇并告知簇头从而完成簇的建立。稳定阶段也就是数据传输阶段，普通节点将采集到的数据传送至簇头节点。簇头对其所汇聚的数据进行融合处理后转发给基站。稳定阶段持续一段时间后，网络重新进入下一轮，由此不断循环，直至整个网络的生命周期结束。

LEACH协议采用的分布式、自适应成簇机制，周期性选举簇头机制，极大的延长了无线传感网络的生存时间。但LEACH协议仍然存在很多缺点急需要解决。LEACH协议本身的簇头选举是随机的而且每一个节点被选举为簇头的概率是等大的，这样就有可能出现簇头分布不均匀或者低能量节点当选为簇头的情况。而且，后期依据LEACH发展起来的很多协议都没有考虑安全问题。

在密钥管理方案上，学术界普遍认为非对称的密钥管理方案由于节点固有的通信能量瓶颈而不适合。2002年Eschenauer和Gligor首次提出密钥分配管理方案，在此基础上Anjum F提出了对称密钥管理方案，基于对称密码学的密钥管理方案已经成为当前研究的重点。对称密钥管理方案的核心是密钥的分配，在网络部署前预先给每个节点分配一定的密钥信息，部署之后两个需要安全通信的节点使用各自的密钥信息创建一个共享的成对密钥来保护未来将要产生的通信量。

已有的无线传感器网络对称密钥管理方案可以分为俩种：随机型和确定型。随机型就是网络在部署前期节点以随机方式从密钥池中获取部分密钥组成密钥环，部署之后相邻节点以一定的概率共享公共密钥。确定型就是为每个节点和其它任意节点都建立独立的成对密钥。