[发明专利]一种基于幻影路由的无线传感器网络源节点位置隐私保护方法

说明书

本发明公开了一种基于幻影路由的无线传感器网络源节点位置隐私保护方法，首先，基站节点通过洪泛信标的方式进行网络初始化，使得节点能够生成各自的邻居列表；其次，源节点通过网络划分，计算出合适的预期幻影源节点位置，并根据路由算法将数据包向该位置发送，最终到达幻影源节点；最后，幻影源节点通过随机选取邻居节点的方式将数据包传递给基站节点。本发明能够保证幻影源节点足够远离真实源节点，并且每次数据包从源节点到基站的路径都具有随机性，且相邻数据包的路径不会重复，从而能够确保源节点有足够的安全传输数据的时间，保护了源节点的位置隐私。

技术领域

本发明属于无线传感器网络通信支持技术领域，具体涉及一种基于幻影路由的无线传感器网络源节点位置隐私保护方法。

背景技术

无线传感器网络是一种无线多跳自组织网络，因其网络设置灵活、环境适应力强等特点，被广泛部署在野生动物栖息地或军事战场等恶劣环境中。由于无线传感器网络的开放性，攻击者很容易通过流量分析等手段确定源节点的位置，从而威胁被保护生物或我方士兵的安全。因此，对无线传感器网络中源节点位置隐私保护方案的研究引起了人们的重视。进几年，人们提出了多种基于不同系统模型的源节点位置隐私保护方案，并根据不同的特点对路由算法进行了分类研究与比较。但大部分协议都因为较理想的前提假设或网络能耗不均衡等问题而无法直接应用在实际场景中。

目前对于无线传感器网络源节点位置隐私的保护方案主要根据攻击者模型分为两大类：针对局部攻击者的保护方案和针对全局攻击者的保护方案。基于幻影路由的源节点位置隐私保护方案是一种典型的针对局部攻击者的方案。但传统的幻影路由方案普遍存在幻影源节点距离真实源节点过近的问题，从而降低了攻击者追踪到真实源节点的难度。此外，部分方案虽然能够提高系统的安全性能，但往往以网络能耗提高和路由时延增加为代价。

为了设计出高效的源节点位置隐私保护方案，国内外研究者提出了多种路由机制，相关文献如下：

1、2015年，Yao L等人在《Protecting source–location privacy based onmultirings in wireless sensor networks》中，提出了一种了一种基于多环拓扑网络的源节点位置隐私保护方案。为了使网络的传输模式均匀，源节点分别在其外部环和内部环中随机选择一个环，并为两个环上的传输各设置一个角度，两角之和为180°。同时注入虚假数据包来保证路径多样化并增加安全传输时间。

2、2016年，Kumar P等人在《Source location privacy using multiple-phantomnodes in WSN》中，提出了一种基于能量有限的无线传感器网络的路由方案。首先sink通过网络洪泛使节点获得各自的跳数信息，且节点将跳数等信息回复sink。接着sink通过计算将每三个合适的节点置为一组，并通知各节点。从而源节点在传递数据时，随机选择另外两个组员中的一个作为幻影源节点。但该方案在初始化阶段多次洪泛会消耗额外的能量。

3、2016年，Wang H等人在《PTSLP:Position Tracking Based Source LocationPrivacy for Wireless Sensor Networks》中，本文提出了一种基于位置追踪的源隐私保护协议PTSLP。首先，本文构建了一个幻影源节点区域，通过将源节点附近区域划分为多个扇形区域，并从中选择远离真实源节点的幻影源节点；第二步，结合最短路径路由和随机路由来将数据包准确传递给sink；接着，让每个数据包经过一个称为追踪成本区域(tracecost area)的特殊区域，该区域由很多处于不同地理环境(山地、平原、森林等)的节点组成；最后，数据包会到达环绕sink的环上，在环上经过几跳后数据包将被传递给sink。