[發明專利]用于無線傳感器網絡數據采集的網絡編碼方法

無效

• 申請號: 201210126316.6
• 申請日: 2012-04-26
• 公開（公告）號: CN102665206A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 武斌;王秀娟;張冬梅;鄭康鋒;楊奎武;查選;丁靚子
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學;北京工業大學
• 主分類號: H04W12/02
• 分類號: H04W12/02;H04L1/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 郭德忠;李愛英

技術領域

本發明涉及網絡編碼技術，屬于無線傳感器網絡通信領域，具體涉及一種用于無線傳感器網絡數據采集的網絡編碼方法。

背景技術

無線傳感器監測區域內通常高密度地部署多個無線傳感器，這樣就構成了無線傳感器網絡，用于獲取該網絡區域中的事件信息以及進行數據的傳輸。由于傳感器的部署密度較高，通常位于事件發生區域附近的傳感器節點都能獲取到所發生的事件。為了實現傳感器網絡與外部網絡的互聯，可引入匯聚(Sink)節點，Sink節點具有較強的處理、存儲和通信能力，Sink節點可直接從無線傳感器網絡節點中，隨機選取一定數量的傳感器節點并提取其所獲取的信息。

但是，由于傳感器節點的存儲空間有限，為了能夠進一步降低Sink節點在數據采集過程中的通信開銷，同時保證在較少的通信開銷下，傳感器節點盡量多地獲取信息，文獻D.Wang，Q.Zhang?and?J.Liu，“Partial?network?coding：concept，performance，and?application?for?continuous?data?collection?in?sensor?networks”ACM?Transactions?on?Sensor?Networks，vo1.4，no.3，pp.1-22，2008.給出了一種可更新的部分網絡編碼方法，雖然該方法利用網絡編碼技術能夠有效降低Sink節點的通信量，但由于傳感器節點向Sink節點傳送編碼數據和編碼向量時，采用明文的傳遞方式，這樣在Sink節點進行數據采集過程中，很容易被攻擊者竊聽。為了實現數據的安全采集，有必要提出一種方法，以提高傳感器節點與Sink節點之間進行數據傳輸的安全性。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種用于無線傳感器網絡數據采集的網絡編碼方法，能夠達到提高數據傳輸安全性的目的。

采用本發明所提供的方法所涉及的無線傳感器網絡中設有無線傳感器和Sink節點，進行安全網絡編碼的過程如下所述：

1)數據初始化。

在所述傳感器網絡中，所有傳感器節點都共享一個全局密鑰GK，同時Sink節點分別與每個傳感器節點共享一個會話密鑰，各會話密鑰兩兩不同，每個傳感器節點有B個存儲單元S_x，x為存儲單元序號，x＝0，...，B-1，每個存儲單元用于存儲編碼包、編碼初始值和編碼系數，其中，編碼包用于根據編碼初始值，選取相應的有效數據包，將該有效數據包與相應的編碼系數進行加權求和，得到該編碼包值；隨機分配編碼初始值k給傳感器節點各存儲單元，k的取值范圍為[0，N-1]的整數，N為編碼周期；當編碼初始值k確定后，每個傳感器節點在域內進行編碼系數c_x的選取，編碼系數c_x的選取原則為：對于同一傳感器節點，在其任意兩個存儲單元中，若兩個編碼初始值相同，則所選取的兩個存儲單元的編碼系數必須不同；所述為伽羅瓦域GF(2^q)。

2)傳感器節點獲取事件信息并進行編碼更新。

傳感器網絡中的所有傳感器節點開始獲取事件信息并生成數據包，當所有傳感器開始進行事件信息獲取后，每個傳感器節點對所生成的有效數據包進行過時與否的判定，判定規則為：若所獲取的有效數據包共N個，依次為b₀…b_j…b_N-1，當該傳感器節點再獲取一個有效數據包b_N時，則認為有效數據包b₀過時，N＞B。

基于所述判定規則，每個傳感器節點對自身的編碼包進行編碼更新的過程為：

①當每個傳感器節點獲取到的有效數據包為b_j-1，j≤N時，有效數據包未過時，判斷j-1是否為當前編碼初始值k中的一個，如果是，對編碼初始值k≤j-1的編碼包進行更新：給每個編碼包f_x加上否則，僅對編碼初始值k＜j-1的編碼包進行更新：給每個編碼包f_x加上

②當傳感器節點獲取到的有效數據包為b_j-1，j＞N時，將當前有效數據包的編號j-1減去N，判斷(j-1)-N是否為當前編碼初始值k中的一個，如果是，則將編碼初始值為(j-1)-N的編碼包形式替換為b_j-1，并對編碼初始值(j-1)-N加N，同時對其他存儲單元的編碼包形式進行更新：給每個編碼包f_x加上否則，對所有的編碼包形式進行更新：給每個編碼包f_x加上