1.一种具有容侵能力的多路径安全拓扑控制方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)簇头选择:根据初始化参数,确定最佳簇数,计算簇头当选概率以及簇头竞争半径,并确定簇头节点;
(2)成簇:簇头节点对非簇头节点发出入簇邀请,非簇头节点根据发出邀请的簇头剩余能量和节点距离信息选择加入最优簇;
(3)路由建立:如果目标节点离源节点只有一跳距离,则采用直接通信的方式,形成单跳单路径;如果源节点需多跳路由到达目标节点,则计算邻居节点中节点的中继节点选择概率,选择其中最优中继节点,完成多路径创建;
(4)数据传输:源节点结合(k,n)门限秘密共享方案,将数据处理为多份进行传输,目标节点至少收到其中k条数据则可还原数据,完成数据传输;
所述步骤(3),包括如下步骤:
(3.1)源节点建立路由时,首先判断自身是否为簇头节点,如果是则设定其目标节点为基站,否则设定目标节点为其簇头节点;
(3.2)判断目标节点是否为自身邻居节点,如果是则建立单跳单路径;否则计算邻居节点的中继节点选择概率IF,将IF值降序排列,选择其中的前50%为中继节点,更新路径安全概率:Ppath=Ppath×(1-pv),其中pv为中继节点安全概率;
(3.3)选中的中继节点判定目标节点是否为邻居节点,如果是则完成路由建立,否则继续计算其邻居节点的中继节点当选概率,选择当选概率最大的邻居节点为中继节点,并更新路径安全概率,重复该步骤直到到达目标节点;
(3.4)统计来自同一源节点的所有路径,根据路径安全概率条件(1-Ppath)>0.8,选择满足条件的ps条路径;
(3.5)根据选中的路径,建立源节点与目标节点通信路径,并为每个节点的每条路径分配一个有限选择域中的元素xi,完成路由构建。
2.根据权利要求1所述的具有容侵能力的多路径安全拓扑控制方法,其特征在于,所述步骤(1)包括如下步骤:(1.1)采用N阶近邻分析方法计算出网络的最佳簇数kopt;
(1.2)依据包括节点能量、节点之间的距离、能量空洞和安全概率参数计算节点的簇头当选概率并降序排列,确定第一个节点为簇头,后续为候选簇头,计算当选簇头和后续候选节点的簇头竞争半径,并判定是否在彼此的簇头竞争半径内,从而逐个确定簇头节点;后续依次判定所有节点,最终选取kopt个不在彼此簇头竞争半径内的簇头节点。
3.根据权利要求2所述的具有容侵能力的多路径安全拓扑控制方法,其特征在于,所述步骤(1.2)中,根据如下公式计算节点的簇头当选概率:其中,di,s为节点i与基站S之间的间距,1/di,s为距离因子, 为能量因子,表示节点i的剩余能量与网络平均剩余能量之间的比值,γ和β为距离因子和能量因子的权重系数,pi∈[0,1]为节点安全概率。
4.根据权利要求3所述的具有容侵能力的多路径安全拓扑控制方法,其特征在于,所述步骤(1.2)中,计算节点的簇头当选概率后,还包括如下步骤:首先确定簇头节点时,确定用于计算节点的簇头竞争半径公式为:
其中, 是预设的候选簇头最大竞争半径,dmax和dmin分别是全网节点到基站的距离最大距离和最小距离, 是候选簇头Ci到基站的距离, 是候选簇头和离基站最近节点相对距离最远节点的比值, 是能量因子,Einital(i)是在当前轮的网络平均能量初始能量,Er(i)是节点i当前轮的剩余能量, 是在当前轮的网络平均能量;
其次确定簇头,首先选定PCH最大的节点确定为簇头Cj,加入到簇头集合CH中,并根据上式计算竞争半径 选择簇头当选概率值次大的节点Ci,计算其簇头竞争半径 检测已确定的簇头节点是否在其竞争半径 内以及自身是否在已确定为簇头的节点的竞争半径内,若在则该节点不被选为簇头节点,即判断候选簇头节点Ci与已确定的所有簇头节点Cj∈CH之间的距离是否满足 和 若满足则Ci不作为簇头节点,依次类推,按顺序检查确认簇头节点,直到获得kopt个簇头节点,建立最终簇头节点集CH。
5.根据权利要求1所述的具有容侵能力的多路径安全拓扑控制方法,其特征在于,所述步骤(2)包括如下步骤:(2.1)当选簇头节点以其最大竞争半径对应发射功率Pmax向周围广播当选消息,并对非簇头节点发出入簇邀请,该消息中包括簇头节点ID和剩余能量信息;
(2.2)非簇头节点根据收到的邀请情况选择加入最适合的簇,完成非均匀分布簇的建立。
6.根据权利要求5所述的具有容侵能力的多路径安全拓扑控制方法,其特征在于,所述步骤(2.2)中,当非簇头节点接收到多个簇头邀请消息时,记录所有给其发送消息的簇头节点ID及对应资源信息后,依据簇头当前剩余能量Er、节点自身与簇头之间的距离进行最优评估,确定最合适的簇,其中,最适合的簇的评估标准为:其中,val(i,j)为非簇头节点i选择簇头节点j的概率值;Er(j)是簇头节点j在当前r轮的剩余能量,d(i,j)是节点i与簇头节点j之间的距离;
所述非簇头节点选择所有邀请中,val(i,j)值最大的节点并加入;
如果仍存在孤立节点,则所述孤立节点通过寻找附近最近已加入簇的节点加入到其所在簇中;
所述非簇头节点向被加入的簇的簇头发送应答消息ACK。
7.根据权利要求1所述的具有容侵能力的多路径安全拓扑控制方法,其特征在于,所述步骤(3.2)中,根据如下公式计算邻居节点的中继节点选择概率IF:其中,IF(i,v)为节点i选择节点v为中继节点的概率,di,v为源节点i与中继节点v间的距离,dv,m为中继节点v与目标节点m间的距离,目标节点为簇头或基站,Er(v)为中继节点在r轮的剩余能量;pv为中继节点的安全概率。
8.根据权利要求1所述的具有容侵能力的多路径安全拓扑控制方法,其特征在于,所述步骤(4),包括如下步骤:(4.1)源节点判断路径数ps是否满足ps≥2,如果满足则计算门限数 即对ps/
2向上取整;否则k=ps;
(4.2)判断源节点多路径传输门限数k是否满足k≥2,如果满足则进行(4.3),否则源数据不分片,直接传输到目标节点,完成数据传输过程;
(4.3)源节点随机选择k-1个元素α1,α2,…,αk-1∈F,F为有限选择域,并根据路径消息中的xi,建立k-1次多项式 按照路径数ps建立计算子秘密对 将源数据分成ps份进行传输;
(4.4)目标节点确认收到至少k个来自同一源节点的消息数据包,依据拉格朗日插值法公式 还原多项式函数g(x),并计算出源节点要传输的秘密数据s=g(0)。