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专利号: 2023109177862
申请人: 曲阜师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种能量均衡的无线传感器网络节点位置隐私保护方法,其特征在于:实现方法包括:

(1)根据网络中的节点到汇聚节点的距离将整个无线传感器网络划分为热点区域,非热点区域和干扰环;

(2)设计了一种动态候选区转发机制;网络中的每个节点设置一个数据包转发能量阈值并维护一个动态候选列表,所述节点发送数据包时从所述动态候选列表中选择节点作为所述数据包的接收节点发送数据包,并根据接收节点的反馈消息更新动态候选列表;

(3)设计了一种源节点位置隐私保护机制;非热点区域的源节点通过带干扰路径的幻影路由机制将数据包发送给代理节点,并构建多条干扰路径,代理节点接收到数据包后通过正向概率随机路由方法将数据包发送至干扰环内的枢纽节点;热点区域的源节点通过逆向概率随机路由方法将数据包发送至干扰环内的枢纽节点;干扰环内的枢纽节点根据汇聚节点位置隐私保护机制将所述数据包发送至汇聚节点;

(4)设计了一种汇聚节点位置隐私保护机制;位于干扰环内的枢纽节点接收到目的地址为汇聚节点的数据包后,根据反范围回溯机制将所述数据包从枢纽节点发送至汇聚节点的邻居节点;汇聚节点的邻居节点接收到目的地址为汇聚节点的数据包后通过反路径回溯机制转发所述数据包,在这个过程中汇聚节点基于网络通信的开放性接收目的地址为汇聚节点的数据包。

2.根据权利要求1所述的能量均衡的无线传感器网络节点位置隐私保护方法,其特征在于:所述的热点区域,非热点区域和干扰环的划分具体描述为:网络初始化阶段,汇聚节点生成并广播初始化数据包,所述初始化数据包包括汇聚节点信息、数据包被转发的跳数、热点区域阈值 和干扰环阈值 ;广播完成后,网络中所有节点获得自身到汇聚节点的跳数并对比该跳数与接收到的初始化数据包中的 和 的大小关系:(1)若所述节点到汇聚节点的跳数小于 ,则所述节点被划入热点区域;

(2)若所述节点到汇聚节点的跳数在 和 之间,则所述节点被划入干扰环;

(3)若所述节点到汇聚节点的跳数大于 ,则所述节点被划入非热点区域。

3.根据权利要求1所述的能量均衡的节点位置隐私保护方法,其特征在于:所述的节点的数据包转发能量阈值和动态候选列表具体描述为:(1)网络中每个节点在网络初始化阶段初始化该节点的数据包转发能量阈值 ,所述节点将该节点的数据包转发能量阈值 初始化为该节点剩余能量 的一半;

(2)网络中的每个节点在网络初始化阶段初始化该节点的动态候选列表,所述节点将该节点的动态候选列表初始化为该节点所有邻居节点的集合,并将动态候选列表中的节点划分为正向邻居列表 和反向邻居列表 ;其中, 中保存距离汇聚节点的跳数比自身小的邻居节点, 中保存距离汇聚节点的跳数大于等于自身的邻居节点;

(3)网络中每个数据包包含一个阈值项 ,当源节点需要向汇聚节点发送数据时,源节点生成一个数据包并将所述数据包的阈值项初始化为所述源节点的数据包转发能量阈值;在所述数据包转发过程中,当接收节点接收到所述数据包时,所述接收节点会判断所述数据包的阈值项 与自身剩余能量 的大小关系并根据以下的对应关系转发数据包:①如果 ,所述接收节点将所述数据包的阈值项 更新为自身的数据包转发能量阈值 ,并根据预设的路由方法转发所述数据包;

②如果 ,所述接收节点将所述数据包的阈值项 更新为自身的数据包转

发能量阈值 ,并根据预设的路由方法转发所述数据包;所述接收节点将反馈消息发送给所述数据包的发送节点,所述数据包的发送节点接收到所述接收节点的反馈消息后将所述接收节点从自身动态候选列表相应的 或 中删除;

③如果 ,所述接收节点不转发所述数据包并将反馈消息 发送给所述数据包的发送节点,所述数据包的发送节点接收到所述接收节点的反馈消息 后将所述接收节点从自身动态候选列表相应的 或 中删除,并根据预设的路由方法重新从所述发送节点的动态候选列表的 或 或 中选择一个节点作为转发节点转发所述数据包;

(4)当网络中节点动态候选列表 中的节点个数少于该节点邻居节点个数的时,所述节点将自身的数据包转发能量阈值更新为当前 的 ,同时将所述动态候选列表重置为该节点所有邻居节点的集合并将动态候选列表划分为正向邻居列表 和反向邻居列表 。

4.根据权利要求1所述的能量均衡的无线传感器网络节点位置隐私保护方法,其特征在于:所述的带干扰路径的幻影路由机制具体描述为:所述带干扰路径的幻影路由机制引入真假数据包的概念,真数据包中的数据为源节点向汇聚节点发送的真实数据,假数据包与真数据包大小一致,但包含的数据是虚假的;真/假数据包中包含数据包标识和转发跳数,源节点设置真数据包的数据包标识 为 ,转发跳数为 ,并从源节点的动态候选列表 中随机选择一个节点发送真数据包,接收到真数据包的节点根据源节点发送真数据包的机制转发真数据包,真数据包被转发 跳后,当前接收节点作为源节点的代理节点;此外,源节点在发送真数据包的同时发送多个假数据包,源节点设置假数据包的数据包标识 为 ,转发跳数为 ,并从源节点的动态候选列表中随机选择(其中 ,为发送节点的邻居节点个数)个节点发送假数据包,接收到假数据包的节点根据源节点发送假数据包的机制转发假数据包,假数据包被转发 跳后终止转发,这些假数据包的路由路径构成多条干扰路径。

5.根据权利要求1所述的能量均衡的无线传感器网络节点位置隐私保护方法,其特征在于:所述的正向概率随机路由方法具体描述为:网络中的节点在转发数据包时,以概率 从动态候选列表的 中随机选择一个邻居节点作为转发节点转发数据包,以概率 从动态候选列表的 中随机选择一个邻居节点作为转发节点转发数据包,其中 为预设概率。

6.根据权利要求1所述的能量均衡的无线传感器网络节点位置隐私保护方法,其特征在于:所述的逆向概率随机路由方法具体描述为:网络中的节点在转发数据包时,以概率 从动态候选列表的 中随机选择一个邻居节点作为转发节点转发数据包,以概率 从动态候选列表的 中随机选择一个邻居节点作为转发节点转发数据包,其中 为预设概率。

7.根据权利要求1所述的能量均衡的节点位置隐私保护方法,其特征在于:

所述的反范围回溯机制具体描述为:

节点转发数据包时,以概率 从动态候选列表的 中随机选择一个邻居节点作为转发节点,以概率 从动态候选列表的 中随机选择一个邻居节点作为转发节点;

其中, 为初始概率, ,为概率增加步长, , 为无线传感器

网络的网络直径,为该数据包从源节点到当前节点被转发的跳数。

8.根据权利要求1所述的能量均衡的节点位置隐私保护方法,其特征在于:

所述的反路径回溯机制的具体描述为:

汇聚节点的邻居节点接收到目的地址为汇聚节点的数据包,所述邻居节点为所述数据包设置一个转发跳数 ,并从所述邻居节点的动态候选列表 中随机选择一个节点作为转发节点转发该数据包,所述数据包被转发 跳后终止转发;在所述邻居节点转发数据包时,汇聚节点基于无线通信的开放性接收邻居节点发送的目的地址为汇聚节点的数据包。