[发明专利]无线传感器网络中基于接收信号强度的安全保障协议

权利要求书

1.无线传感器网络中基于接收信号强度的安全保障方法，其特征在于，安全路由的建立方法包括以下前提、定义和步骤：

前提如下：

1)基站节点是安全的；

2)在未知区域有N个传感节点{S₁，S₂，...，S_N}，每个传感器节点有唯一ID号，节点间互不相关，即节点能独立确定感知数据；

3)每个节点中预存数据异常的特征值；

定义如下：

1)广播信号发送消息的格式：

2)汇聚节点负责收集所有传感器节点感知的数据，并与控制中心通信；

3)节点设定间隔时间t，用于计算t时间内汇聚节点的吞吐量；

4)节点预设置汇聚选择因子的阈值为F_Th、热区选择因子的阈值为D_Th、汇聚节点剩余能E_Th和数据异常特征相似度的阈值为Y_Th；

5)设定网络汇聚节点的更新时间为T；

步骤包括汇聚节点的选择、热区的选择和数据异常的检测三个方面：

一、汇聚节点的选择步骤如下：

1)所有节点向其邻居节点发送广播消息；

2)邻居节点根据接收到的广播消息，获取接收信号的强度、信号的来源及方向，并根据信标节点(基站)方位计算自身的具体位置；

3)所有节点根据邻居节点数、接收信号强度和自身能量值，利用汇聚节点选择公式计算汇聚节点选择因子θ，若θ大于F_Th，则从普通节点转为汇聚节点，否则保持为普通节点；汇聚节点选择公式如下：

其中，θ表示节点的汇聚选择因子；E表示该节点能量值；n表示该节点邻居节点数；表示该节点的邻居节点接收信号强度之和；表示加权系数，

4)汇聚节点被选定后，其邻居节点根据接收信息的信号强度决定从属的汇聚节点，并完成与汇聚节点握手，建立网络拓扑；同时，汇聚节点将周期性检查自身能量，若剩余能量低于阈值E_Th，则向邻居节点发送广播消息，根据第3)步重新选择汇聚节点；

二、热区的选择步骤如下：

1)根据步骤一中选定的汇聚节点，由汇聚节点在一定时间t内的吞吐量及邻居节点数，利用热区判定公式计算热区选择因子π，若π大于D_Th，则为热区，否则为普通区；热区判定公式如下：

π=∂n+(1-∂)Data]]> 1

其中，π表示汇聚节点的热区选择因子；n表示该汇聚节点的邻居节点数；Data表示该汇聚节点在一定时间t内的吞吐量；表示加权系数，

2)若判定为热区，重新设置更新汇聚节点周期T′，其中T′＜T，加快汇聚节点选择，实时更新汇聚节点；

三、数据异常的检测步骤如下：

1)将节点采集数据的特征与预存数据异常的特征进行对比，利用相似度计算公式得到异常节点选择因子ξ，若ξ大于阈值Y_Th，则为受怀疑节点，并且该节点将通知其邻居节点，否则保持为普通节点；相似度计算公式如下：

ξ=Σi=1m1Σj=1m2(SubStri⊕Strj)]]>

其中，ξ表示节点的异常选择因子；m₁表示节点采集数据的子串个数；m₂表示节点预存数据异常字符串个数；SubStr_i表示节点采集数据的第i个子串；Str_j表示节点预存异常数据的第j个字符串；

2)受怀疑节点的邻居节点获得其自身的数据异常检测结果后，若为异常数据，则该节点将异常检测结果反馈给受怀疑节点，若受怀疑节点接收到邻居节点的反馈结果数大于邻居节点总数的1/2，则为受感染节点，否则保持为普通节点；

3)若确定为受感染节点，则隔离该节点，若该受感染节点为汇聚节点，则利用汇聚节点选择步骤重新选择汇聚节点。

2.无线传感器网络中基于接收信号强度的安全保障方法，其特征在于密钥管理的建立，包括以下前提和步骤：

前提如下：

1)所有节点初始化密钥为K_n；

2)所有节点初始化密钥为K_c和K_p，分别是代表公钥和私钥；

步骤如下：

1)发送节点以密钥K_n加密自身时间信息T₁和其从属的汇聚节点在一定时间t内的吞吐量Data，并将加密信息发送给接收节点；

2)接收节点根据密钥K_n解密接收的信息，同时获取自身时间信息T₂，针对权利1中步骤二判定是否汇聚区域为热区，采用不同的F( )函数动态生成不同的会话密钥K_d；若汇聚区域为热区，则F( )函数根据两节点的时间信息(T₁，T₂)和发送节点从属的汇聚节点在一定时间t内的吞吐量Data，计算会话密钥K_d＝F(F(T₁，T₂)，Data)；若汇聚区域为普通区，则F( )函数根据两节点的时间信息(T₁，T₂)，计算会话密钥K_d＝F(T₁，T₂)；

3)接收节点计算出会话密钥K_d后，采用公钥K_c加密会话密钥K_d，并将加密后的K_d发送给发送节点；

4)发送节点获得加密后的K_d，通过私钥K_p解密出密钥K_d，然后以K_d为密钥使用对称密码机制加密通信数据包，发送给接收节点；

5)接收节点根据密钥K_d，解密通信数据包，获取其中信息。