[发明专利]一种基于数据切片的隐私保护路由协议

说明书

本发明公开了基于数据切片的隐私保护路由协议，用于实现能效、隐私、精确度三方面的均衡，其中方法包括：基站每一轮都会在网络中划分出本轮次的叶子节点与非叶节点，两种角色分工完成切片分发、混合重组与数据聚集的工作，并以基站规划的多层次路由融合树作为网络中路由调度与切片调度的基础保障数据的聚集与隐私保护。此外本协议还提出一种基于超时重传与滑动窗口的防御机制，将网络正常波动丢包带来的负面影响降到最低的同时有效防御内部丢弃攻击，使得无线传感器网络数据聚集的精确度大大提高，最终均衡了能效、隐私性和精确度表现。

技术领域

本发明属于无线传感器网络路由安全领域，特别是基于数据切片的隐私保护路由协议。

背景技术

随着物联网与传感器技术的发展，无线传感器网络(WSN,Wireless SensorNetworks)迎来了广阔的历史发展舞台。WSN是分布式自组织网络，传感器散布在一定区域内并承担环境监测、数据计算、节点通信等综合任务，由于传感器成本低廉、便于部署等特性，一般采用电池供电且一经部署便难以中途补充电量，因此节点的能量受限问题成为路由协议设计的重要限制，需要一种均衡能耗负载的机制来延长网络的整体工作生命周期，同时避免部分节点过早耗尽能量退出网络。

数据融合是无线传感器网络数据聚集过程中节省能耗的关键手段，节点需要将自身收集的数据汇总至基站，如果在中间转发节点处使用融合技术压缩数据，便可以减少数据传输量、降低通信能耗压力。TAG作为最早被提出的融合机制有着低功耗和分布式计算的优点，其基本思想是构建以基站为根的平面路由融合树，节点将自身读数与其他节点汇总来的读数进行融合计算后再沿着树形路由向基站汇总，如此将融合的工作从基站分摊到了各个节点的同时极大地降低了节点通信量。然而TAG缺少隐私保护机制，攻击者通过俘获节点或窃听链路的方式均能获取节点所收集到的读数，这是实际应用中所需避免的情形。理论上讲通过加密手段可以防止外部的链路窃听攻击，通过切片可以使得本节点的真实数据不被其它内部节点获取，且分散切片还可以进一步降低被外界成功窃听的风险，这便是SMART协议的设计思想，节点将数据切分3份与周围节点混合之后沿着树形路由向基站聚集，以保全隐私。但是SMART机制无法兼顾隐私与能耗，既因为其切片本身需要发送较多消息、产生额外通信消耗，也因为其延用了TAG的平面树形路由机制，缺少对路由拓扑的优化。目前针对SMART改进的方法很多，典型的比如高精度隐私数据融合方法EEHA，低能耗隐私融合方法ESPART和杨庚等提出的P-SMART-CLPNT算法等等，均是通过各种机制对切片过程做出了一定程度的优化，但是仍都存在通信量较大或者能耗与隐私不均衡的问题，并且缺少对路由拓扑的优化。CSDA采取簇形层次路由拓扑，并且使用切片机制进行隐私保护，在路由拓扑和切片机制优化上均做了一定尝试，对通信能耗和隐私性方面都有提升，但是在切片方案上每个节点需要将数据切成若干片发送给簇内的所有节点，这种方式无法适应大型网络，并且路由拓扑结构也无法适应复杂的网络分布，如果能将路由机制与切片机制更深层地结合起来协同优化，将有更好的效果。

综上所述，无线网路传感器的协议设计已成为近几十年来无线传感器网络的研究热点，如何均衡传感器节点的能量消耗，并且兼顾数据的传输安全，已经成为本领域亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了基于数据切片的隐私保护路协议。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

1、基于信任评估的低功耗无线传感器网络路由算法，包括以下步骤：

(1)基站延用基于通信能量密度的改进DPC-MND聚类方案进行聚类，并选举簇头节点。在簇内规划路由阶段划分节点角色，为节点规划出切片分发路由与数据转发路由。在簇间路由规划阶段延用基于基站反向规划的树形路由构建方法，构建簇间路由。

(2)基站将规划好的信息广播至整个网络中，各个节点按照规划信息运行，采集数据。节点将簇内数据切片混合聚集至簇头，采用超时重传与滑动窗口辅助隐私保护。