[发明专利]水声传感器网络中基于多信道干扰的源节点位置隐私保护方法

说明书

本发明涉及一种水声传感器网络中多信道干扰的源节点位置隐私保护方法，其步骤包括：首先，结合埃克曼漂流模型，针对静态层和动态层特点，分别选择节点分簇方式和区域划分方式；其次，为了应对攻击者监听攻击，将源‑伪数据混合传输和MAC层多信道干扰结合，利用多伪数据信道干扰掩盖源数据信道，保护源节点位置隐私。在利用多信道干扰数据传输后，水下节点利用主成分分析技术对感知信号降维，增强节点对AUV移动感知，随后，利用等SNR曲线对AUV移动方向进行预测，及时调整节点工作状态；最后，每个区域中AUV以蚁群算法规划数据收集路线，并在数据收集后将数据传输给移动基站。本发明能够阻碍攻击者监听攻击的成功率，提高水下数据的收集效率，摒弃节点位置默认已知的前提条件，增强水下环境中对源节点位置隐私的保护。

技术领域

本发明涉及一种水声传感器网络中基于多信道干扰的源节点位置隐私保护方法，属于无线传感器网络通信支持技术领域。

背景技术

水声传感器网络位置隐私保护源于无线传感器位置隐私保护，往往与数据传输与收集方案结合在一起。由于水声传感器研究处于起步阶段，我们首先介绍无线传感器网络位置隐私保护。无线传感器网络的位置隐私保护经历了一定的发展，主要分为三个方面的保护：(1)对于源节点的位置隐私保护；(2)对于基站的位置隐私保护；(3)同时对源节点和基站进行保护。这三个方面有一些共同的地方。首先，攻击者的分类和攻击方式都是差不多的，攻击者主要分为局部攻击者和全局攻击者，局部攻击者只能够监听到部分传感器区域，这类攻击者能量有限，在网络中随机游走，当监听到一个数据包的时候，通过逐跳回溯的方法找到基站或者源节点，攻击者可分为有耐心的攻击者和谨慎的攻击者。有耐心的攻击者在一个地方一直监听，直到下一跳的数据到来；谨慎的攻击者对经过的节点进行标记，一旦在一个地方长时间没听到数据，就会回到一开始的地方。全局攻击者能量充沛，有着优良的监听设备，攻击方法也多样，对付这类的攻击者比较困难。在攻击手段上主要分为单纯监听、逐跳回溯追踪、时间关联分析、流量分析、ID分析、节点俘获、数据篡改等等。

在经典的熊猫-猎人模型中，当某个传感器节点感知到熊猫的位置时，立即作为源节点周期性地将观察到的熊猫生活习性数据以多跳传输的形式发送到基站；同时，网络中存在一个具备移动能力和局部无线通信监听能力的猎人，猎人采用逐跳回溯追踪数据包的方式来确定源节点的位置,从而确定熊猫的位置并进行盗猎活动。在该模型中,位置隐私保护技术的目标就是在保证熊猫监测数据传输的同时，防止猎人确定数据源节点的位置。

为了增强无线传感器网络位置隐私保护性，国内外许多研究者提出了许多隐私保护方案，相关文献如下：

1、陈娟等在《Hiding the Source Based on Limited Flooding for SensorNetworks》提出了一种基于源节点有限洪泛方法PUESRF和增强型改进方法EPUSBRF。在PUSBRF协议中，当源节点监测到熊猫的活动就向其h跳范围内的节点发送广播，h跳范围内的每个节点就都得到该节点及其邻居节点距离源节点的最小跳数值。在h跳范围的广播结束后，源节点每隔T时间产生一个数据包并向基站发送。在数据包h跳有向路由阶段，当前节点把数据包随机转发到距离源节点跳数较大的邻居节点。经过h跳路由后产生的幻影源节点均匀分布在远离源节点的各个方向上。最后通过最短路径路由把数据包转发到基站。但是PUSBRF协议有一个缺点，当源节点监测到目标后采用有限洪泛，但目标移动过快，需要多次洪泛，能量消耗会变大。为此提出了EPUSBRF协议，通过排除选择可视区内的节点，完全避免了失效路径的产生。EPUSBRF协议与PUSBRF协议主要有三点不同。(1)在网络安全初始化阶段，不进行全网广播，仅实现节点的部署与网络参数的载入。(2)在进行源节点h跳有限广播的同时标记出可视区内的节点。(3)在完成源节点有限洪泛后，网络进行避开可视区的全网广播。这样EPUSBRF协议不会增加额外的开销，而且能完全避免产生失效路径，有效增强了源位置隐私保护。但是在传输的过程中会产生传输路径重叠的问题。