[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

摘要

本发明专利是一种无线传感器网络中基于接收信号强度的安全保障协议，具体涉及安全路由和密钥管理。根据邻居节点数、接收信号强度和自身能量值，由汇聚节点选择公式选择汇聚节点。根据邻居节点数和汇聚节点的吞吐量，由热区选择公式确定热区。通过对比采集数据与预存异常数据特征相似度，实现对异常数据检测。节点间会话密钥采用动态方式生成，根据是否为热区，选择不同的密钥生成函数。对密钥和数据加密，采用公钥密码机制和对称密码机制相结合的方式。本发明提高了密钥的灵活性，增强了选择汇聚节点的合理性，很好地保证了节点间数据的安全传输。

主权项

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，...，SN}，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FTh、热区选择因子的阈值为DTh、汇聚节点剩余能ETh和数据异常特征相似度的阈值为YTh；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FTh，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ETh，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DTh，则为热区，否则为普通区；热区判定公式如下：π=∂n+(1-∂)Data]]>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YTh，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；SubStri表示节点采集数据的第i个子串；Strj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。