1.一种动态幻影节点策略的源位置隐私保护方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
1)构建面向源位置隐私保护问题的网络模型;
2)网络初始化阶段:所有节点获得sink节点的位置信息、距离sink节点的最小跳数和建立邻居节点列表;
3)确定幻影节点的位置区域:考虑“可视区”的幻影节点位置,基于层级的幻影节点位置;
4)划分幻影节点的位置区域,动态地选取幻影节点;
5)构建骨干路由,分为两部分:源节点到幻影节点的路径,幻影节点到sink节点的路径。
2.如权利要求1所述的一种动态幻影节点策略的源位置隐私保护方法,其特征在于,所述步骤1)中,面向源位置隐私保护的无线传感网络采用事件触发运行的分布式结构,该结构包含传感器节点、汇聚中心和源节点,所述汇聚中心为sink节点,网络的监测目标会在任意时间出现在监测区域内,距离监测目标最近的传感器节点会检测到该目标,并收集信息,此时这个传感器节点就成为源节点,并使用逐跳传输方式将获取到的信息周期性地发送到sink节点,直至监测目标离开该节点的监控范围;网络运行的时间被均匀划分为无数个时间周期,在每个周期内,源节点发送数据、节点转发数据和攻击者的回溯攻击均只执行一次,即每个周期内的节点行为相互独立。
3.如权利要求1或2所述的一种动态幻影节点策略的源位置隐私保护方法,其特征在于,所述步骤2)中,在步骤1)构建的网络环境中,进行网络初始化,过程如下:①网络部署完成后,所有节点位置固定,sink节点以普通节点的发射功率向全网广播信息,该信息包含sink节点的位置坐标locationsink、发送方的ID、发送方的位置坐标location与发送方距离sink节点的跳数hops,初始时的广播信息为{locationsink,ID=IDsink,location=locationsink,hops=0};
②当sink节点的邻居节点u接收到广播信息时,会存储sink节点的位置,并且更新跳数信息hops=1,且节点u距离sink节点的最小跳数Hopu,sink=1,邻居节点u继续向全网广播新的信息,该信息为{locationsink,ID=IDu,location=locationu,hops=1};
③节点u的邻居节点v接收到广播信息后,同样存储sink节点的位置,更新跳数hops=
2,Hopv,sink=2,并将节点u的信息(ID、位置坐标、距离sink节点的跳数)保存到自己的近跳邻居节点列表NHNv中,邻居节点v继续向全网广播新的信息,该信息为{locationsink,ID=IDv,location=locationv,hops=2};
④当节点u接收到节点v的广播信息时,会比较两者距离sink节点的跳数大小即Hopu,sink和Hopv,sink,若Hopu,sink<Hopv,sink,则节点u将节点v及其信息添加至远跳邻居节点列表FHNu;若Hopu,sink>Hopv,sink,则节点u将节点v及其信息添加至近跳邻居节点列表FHNu;
若Hopu,sink=Hopv,sink,则节点u将节点v及其信息添加至同跳邻居节点列表SHNu,以此类推,直至所有节点都获得sink节点位置、节点到sink节点的最小跳数及邻居节点列表,网络初始化阶段结束。
4.如权利要求3所述的一种动态幻影节点策略的源位置隐私保护方法,其特征在于,所述步骤3)中,完成所述步骤2)的网络初始化后,所有节点获得sink节点的位置信息、距离sink节点的最小跳数和建立邻居节点列表,利用这些信息,来确定幻影节点的位置区域:①避开“可视区”的幻影节点的位置:在选取幻影节点时首先考虑源节点“可视区”问题,“可视区”即以源节点为中心、攻击者的感知范围为半径所构建的可视区域,一旦攻击者回溯到可视区域内,源节点就会被捕获,幻影节点的位置要避开可视区,须满足以下条件:α>θ,β>θ
其中,r表示可视区半径,H表示源节点到sink节点的距离,Y表示幻影节点到sink节点的距离,L表示源节点到幻影节点的距离,符合上述条件的节点构成可视幻影节点集合;
②基于层级的幻影节点的位置:源节点与幻影节点的距离直接影响源位置隐私保护的安全强度,以源节点为中心,sink节点根据节点与源节点的距离为可视幻影节点集合划分层级{h1,h2,...,hm},其中,最小层级h1与源节点的距离须大于可视区半径r,最大层级hm与源节点的距离小于源节点与sink节点的距离;
③进一步考虑到源节点距离sink节点的跳数不同,则幻影节点所在位置也不同,假设幻影节点所处层级为hp,当源节点距离sink节点的最小跳数大于阈值时:设置幻影节点所处层级的范围为h2≤hp≤hm‑1,此时源节点与sink节点之间的范围足够大,为缩短幻影节点至sink节点的路径长度,要求幻影节点距离sink节点的跳数小于等于源节点距离sink节点的跳数,即Hopp,sink≤Hopsource,sink,当源节点距离sink节点的最小跳数小于阈值时:设置幻影节点所处层级的范围为h2≤hp≤hm‑1,此时源节点与sink之间的范围较小,若幻影节点仍位于源节点与sink节点之间,则路径长度短,隐私保护强度较低;因此,要求幻影节点距离sink节点的跳数大于源节点距离sink节点的跳数,即Hopp,sink>Hopsource,sink,根据上述步骤,sink节点从可视幻影节点集合中选出候选幻影节点集合并发送给源节点,对候选幻影节点区域进行划分,并按区域顺序随机选取幻影节点。
5.如权利要求4所述的一种动态幻影节点策略的源位置隐私保护方法,其特征在于,所述步骤4)中,通过步骤3)得到候选幻影节点的位置区域,用于动态选取幻影节点,对候选幻影节点的位置区域进行划分,并按各个区域顺序随机地选取幻影节点:距离源节点较远的候选节点优先当选;在某一周期当选过幻影节点的候选者不再参加接下来的选取,直至候选幻影节点列表中所有节点都担当过幻影节点,则所有候选节点重新参与选取,假设以源节点与sink节点的连接线为中心轴, 为夹角,为候选幻影节点划分区域,记作{Domain1,Domain2,Domain3,Domain4},的大小由候选幻影节点的分布决定,确保各区域候选幻影节点的数量相对均匀,源节点按照Domain3→Domain1→Domain4→Domain2的顺序随机从各区(j)
域中选取幻影节点P ,j=1,2,...,Tsafe。
6.如权利要求5所述的一种动态幻影节点策略的源位置隐私保护方法,其特征在于,所述步骤5)中,利用通过步骤4)选出的幻影节点,构建骨干网络,骨干路由共分为两部分:从源节点到幻影节点的路由,从幻影节点到sink节点的路由,过程如下:①计算节点的被捕获概率:节点的邻居节点数对隐私保护强度有直接影响,节点的邻居节点数越多,攻击者回溯至该节点的概率越低,节点i的被捕获概率CP(i)的计算方法如下:
其中,|Ni|表示节点i的邻居节点数;
(j)
②采用广度优先搜索思想,实现从源节点到幻影节点的路径:从幻影节点P 出发,以(j)
洪泛方式广播信息,构建以幻影节点为基准的网络层次结构,并计算节点到幻影节点P 的(j)
最小跳数Hopi,p,根据邻居节点距离P 的最小跳数,节点i将邻居分为近跳邻居节点集合(j) (j) (j)
(NHNPi ),同跳邻居节点集合(SHNPi )和远跳邻居节点集合(FHNPi ),源节点开始发送数据包时,在近邻节点列表(以幻影节点为基准)中选取权值最大的节点作为下一跳节点,若存在多个相同最大权值的节点,则随机选取其中一个节点,节点i的权值计算方法如下:其中, 表示节点i的剩余能量, 表示节点i的近邻节点NHNPi的平均剩余能量,|Neii|表示节点i的邻居节点数, 表示节点i的近邻节点NHNPi的平均邻居节点数,λ∈[0,1];
③从幻影节点到sink节点的路由:为了降低通信开销和传输时延,从幻影节点到sink节点的传输路径使用基于节点跳数的定向随机游走方法,在网络初始化阶段,通过洪泛路由获取所有节点至sink节点的最小跳数以及近跳邻居列表,在此阶段,节点i在其近跳邻居列表Hopi,sink中选取距离sink节点跳数最小的节点作为下一跳,从幻影节点开始,数据包不断朝着sink节点的方向转发,直至sink节点接收到数据。