[发明专利]一种无线传感网中基于三阶段路由的源位置隐私保护方法

说明书

技术领域

本发明是一种基于三阶段路由的无线传感器网络源位置隐私保护方法，主要用于解决无线传感网中源节点的位置隐私问题，属于无线传感网位置隐私保护技术领域。

背景技术

微机电系统、片上系统、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展，孕育出无线传感器网络，并以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来了信息感知的一场变革。无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。

为了更好地跟踪和保护珍稀动物，人们在珍稀动物的活动领域部署了大量无线传感器节点，以此构建了一个无线监控网络。当珍稀动物路过某无线传感器节点时，该节点(即源节点)将监控到的信息(如位置、图像、声音或视频等)加密后通过无线多跳网络传回基站。由于该监控网络采用的是无线信号，捕猎者可以通过侦听无线信号，计算信号的强度以及发送的角度从而追踪到上游节点，尽管捕猎者不知道数据包的具体内容，但通过逐跳逆向追踪的办法，捕猎者最终能够找到源节点，这对珍稀动物的安全构成了严重威胁。因而，必须想出办法让捕猎者无法通过侦测无线电的方法进行逆向追踪，即实现无线传感网源节点的位置隐私保护。

目前，无线传感器网络安全问题的研究工作已经涉及许多方面，但是，对位置隐私保护技术的研究较少。根据攻击者的能力不同，可以把已有研究工作分为两类：抗局部攻击的源位置隐私保护和抗全局攻击的源位置隐私保护。抗全局攻击的源位置隐私保护技术并不实用，因为用于监控野外环境的无线传感网通常覆盖区域较大，攻击者不容易做到对大范围的无线传感网进行全局无线信号侦测，此外，该技术采用的让大量节点主动发送迷惑性数据包的策略代价过大，不但会缩短无线传感网的生存周期，还会影响监控系统的效率，不太适合无线传感网资源受限的特点。因而，本发明考虑的是抗局部攻击的源位置隐私保护方法。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种无线传感网中基于三阶段路由的源位置隐私保护方法。本发明的目标是让数据包经历三阶段的动态路由后到达基站，通过数据包的随机路由来避免猎人的逆向追踪，达到源位置的隐私保护。

技术方案：技术问题可以用熊猫-猎人博弈模型来描述，在熊猫-猎人博弈模型里，部署了无线传感网来监控熊猫的活动，熊猫一旦被某节点监测到，该节点(源节点)便会对监测信息进行加密并以数据包的方式周期性地传回基站。猎人无法通过解密截获的数据包内容来捕获大熊猫，但是，他能通过侦测无线电信号的方式逆向追踪大熊猫。本发明的源位置隐私保护方法基于三阶段路由：1、定向随机路由；2、环形区h跳路由；3、最短路径路由。第一阶段路由兼顾能耗和随机性，第二阶段路由则以牺牲能耗为代价使路由路径相对于基站呈现随机方向，第三阶段路由力求节能。该方案是在考虑到无线传感网覆盖范围较大的前提下，提出的一种能耗和随机兼顾的优化方法。具体方案如下：

该方法采用了三阶段路由：第一阶段为定向随机路由，第二阶段为环形区h跳路由，第三阶段是最短路径路由。私钥在节点部署前预先载入节点，节点间通信采用私钥加密方式。具体方法如下：

1)网络初始化

步骤1：基站初始化m和n，n>＝m>0，n,m为系统整型参数，基站周边距离基站最小跳数介于m和n之间的节点大致围成一个环形区，一般地，当网络规模越大时，环形区也越大，即n,m的取值越大，m和n的具体取值可根据实际应用场景的仿真测试结果来确定；

步骤2：由基站发起洪泛操作，在此过程中每个传感器节点记录下到达基站的最小跳数值，同时将到达基站的最小跳数值大于等于m小于等于n的节点标记为环形区节点；

步骤3：选取无线传感网最东边和最北边的两个节点，由它们分别往西边和南边发起洪泛操作；通过该洪泛操作，传感网中的任意一个传感器节点s都记录下其四个方向的邻居节点集合：EN,WN,SN和NN；节点s除了存储其邻居节点的ID外，还应记录下每个邻居节点到达基站的最小跳数值以及是否是环形区节点；

步骤4：环形区节点设置参数h在自然数范围[1..n*m]内随机取值；

步骤5：在步骤2的洪泛操作过程中，每个传感器节点还记录下基站相对于它的方位信息，即东或西、南或北；

2)发现监控目标

步骤6：源节点生成监控数据包，给该数据包附加2位二进制位以存储方位信息，第1位二进制位为0表示方向东，为1表示方向西，第2位二进制位为0表示方向南，为1表示方向北，加密数据包等待发送；