[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

摘要

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，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。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。第一阶段的定向随机路由以很低的额外能耗开销实现了路由路径的局部方位随机性，第二阶段的环形区h跳路由以较低的额外能耗开销实现了路由路径的全方位随机性。该方案是在考虑到野外无线传感网覆盖范围较大的前提下，提出的一种能耗和安全兼顾的优化方法。本发明提出的方法简单灵活易实现，只需要较低的额外能耗开销便能确保源位置具有很高的隐私安全性。

主权项

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，其特征在于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，n,m的取值也越大，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都记录下其通信半径内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，一般地，当n和m较大时，h的取值范围应较大，当网络节点密度较大时，h的取值范围也应较大；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；步骤7：源节点根据方位信息编码选择邻居节点集合：第1位二进制位为0时选择集合EN，为1为选择集合WN；第二位二进制位为0时选择集合SN，为1时选择集合NN；源节点在两个选定集合中随机选择一个距离基站最小跳数减少的邻居节点作为下一跳节点，源节点发送加密后数据包给下一跳节点；步骤8：下一跳节点接收到数据包后首先判断自己是否是环形区节点，是则转至步骤10，否则对数据包进行解密，然后根据方位信息编码在两个对应的集合中随机选择一个距离基站最小跳数减少的邻居节点作为下一跳节点，转发数据包给该节点；步骤9：转至步骤8，至此，三阶段路由的第一段即定向随机路由结束；步骤10：环形区节点解密接收到的数据包，根据方位信息编码在两个对应的集合中随机选择一个集合，并将选择信息以一位二进制位的形式附加到数据包中：编码0表示选择的是第一位方位信息编码所对应的集合，编码1表示选择的是第二位方位信息编码所对应的集合；接着，置参数h为系统所设定范围内的某随机值，并将该值也附加到数据包中作为hop字段，然后，在选定集合的环形区节点中随机选择一个节点作为下一跳节点，加密附加选择信息编码和hop字段后的数据包，发送加密数据包到下一跳节点；步骤11：下一跳环形区节点解密接收到的数据包，提取hop字段值，并做自减操作，若结果等于0，则转步骤16，否则，提取选择信息编码和方位信息编码，计算在选定集合中的环形区节点个数，若结果为0，则转至步骤13，否则，在选定集合的环形区节点中随机选择一个节点作为下一跳节点，对hop字段值更新后的数据包进行加密，发送加密数据包到下一跳节点；步骤12：转至步骤11；步骤13：环形区节点计算另一个非选定集合中的环形区节点个数，若结果为0，则转至步骤16，否则，在该集合的环形区节点中随机选择一个节点作为下一跳节点，对hop字段值更新后的数据包进行加密，发送加密数据包到下一跳节点；步骤14：环形区节点解密接收到的数据包，提取hop字段值，并做自减操作，若结果等于0，则转步骤16，否则，提取选择信息编码和方位信息编码，计算在非选定集合中的环形区节点个数，若结果为0，则转至步骤16，否则，在非选定集合的环形区节点中随机选择一个节点作为下一跳节点，对hop字段值更新后的数据包进行加密，发送加密数据包到下一跳节点；步骤15：转至步骤14；至此，三阶段路由的第二段即环形区h跳路由结束；步骤16：环形区节点在其所维护的四个邻居节点集合中选择距离基站跳数最小的邻居节点作为下一跳节点，删除数据包中的选择信息编码位、方位信息编码位以及hop字段，加密更新后的数据包，发送加密数据包到下一跳节点；步骤17：下一跳节点在其所维护的四个邻居节点集合中选择距离基站跳数最小的邻居节点作为下一跳节点，转发数据包给下一跳节点；步骤18：下一跳节点若是基站节点，则该数据包传递结束，转至步骤6，否则，转至步骤17。