[发明专利]一种基于动态切片技术的水下传感器安全数据融合方法

说明书

本发明涉及一种基于动态切片技术的水下传感器安全数据融合方案，包括以下步骤：（1）成簇：使用典型成簇方法，形成聚合树，其中包括叶节点，簇头节点和基站；（2）数据分割：叶节点将根据收集到的数据量的多少进行动态切割形成多个切片，该节点随机保留一个切片，并将其余切片加密发送到相邻节点；（3）数据混合：节点将接受到的数据切片解密后与本地存储的剩余原始切片进行混合运算生成新的数据包；（4）数据融合：叶节点首先使用共享秘钥对混合结果进行加密，然后将加密数据分别回传至其相应簇头节点。簇头节点在收到加密数据后进行解密操作，与自身收到的数据切片进行融合，然后将融合结果加密后继续向基站回传。

技术领域

本发明属于水下传感器网络通信技术领域，特别是涉及一种基于动态切片技术的水下传感器安全数据融合方法。

背景技术

水下无线传感器网络是近几年来得到广泛发展的新兴无线技术领域之一。它建立了一个水下网络，该网络通过固定或移动传感器进行监测和通信。然而，与陆地传感器节点相比，水下网络节点具有能量限制特性。因此，Underwater Wireless Sensor Network(UWSN)无线通信协议的设计必须考虑能耗性能。另一方面，安全是UWSN中至关重要的问题。与WSN相比，水下信道的低带宽，传播延迟变化大以及误码率高，这都放大了UWSN的脆弱性，使得UWSN尤其容易受到攻击。

因此，提出一种基于动态切片技术的水下传感器安全数据融合方法。该方法根据叶节点感知到的数据量来动态选择切片数，这使得牺牲较少的能耗就会让数据得到极好的保护。同时，原始数据切分的不确定性还增加了攻击者还原原始数据的难度，有效保证数据机密性和完整性。

发明内容

本发明的目的在于提供一个基于动态切片技术的水下传感器安全数据融合方法，水下传感器节点根据感知到的数据量来动态选择切片数，这使得保证数据安全性的同时并未引入显著的开销。同时，原始数据切分的不确定性还增加了攻击者还原原始数据的难度，有效保证数据机密性和完整性。技术方案如下：

水下无线传感器网络采用基站、簇头节点和叶节点三级拓扑结构，基站是聚合结果的目的地节点。簇头节点充当聚合器节点，负责转发、查询和聚合接收到的数据，然后将新结果转发给基站。叶节点采用“动态切片技术”保护隐私，负责将原始数据分解成多个片段，发送给不同的邻居，然后将接收到的切片组装成新的结果，并将新的结果发送给它们的父节点：

（1）成簇阶段：

簇头向其附近节点广播消息来进行子节点的招募；节点收到消息后就会向簇头发送回应信息从而成为其子节点，当节点同时处于两个簇头的广播重叠覆盖范围内，两者同时收到了节点招募信息。因此两者将随机选择其中一个节点作为其父节点，这样就完成了成簇的过程；

（2）数据分割阶段：

将系统预设的最大切片数，记为N；子节点在一个感应周期内采集到的数据量各不相同，在进行数据分割前，记子节点采集到的数据量为θ；将单个节点可以采集的最大数据量的2/3记为ρ，若θρ，则将数据分割为N片，否则将数据分割为N-1片；节点随机保留一个数据切片，将其余切片加密并发送给自己的邻节点；

（3）数据混合阶段：

节点将接受到的数据切片解密后与本地存储的剩余原始切片进行混合运算生成新的数据包；

（4）数据融合阶段：

簇头节点可以接收由叶节点产生的切片，同时接收由它们的子节点产生的新结果。每当收到所有子节点或叶节点的消息后，聚合树中的每个簇头传感器节点都会执行聚合操作，并将聚合结果传回基站，完成数据融合过程。

附图说明：

图1为水声传感器网络示意图；

图2为成簇示意图；

图3为数据分割示意图；

图4为数据混合示意图；

图5为数据融合示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明；