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[發(fā)明專利]一種基于數(shù)字水印與能量均衡的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法有效

專利信息
申請?zhí)枺?/td> 201710322893.5 申請日: 2017-05-09
公開(公告)號: CN107249188B 公開(公告)日: 2020-05-22
發(fā)明(設(shè)計)人: 安玲玲;辛悅;王群;裴慶祺 申請(專利權(quán))人: 西安電子科技大學
主分類號: H04W12/02 分類號: H04W12/02;H04W12/06;H04W40/10;H04W40/32
代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227 代理人: 黃偉洪
地址: 710071 陜西省*** 國省代碼: 陜西;61
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摘要:
搜索關(guān)鍵詞: 一種 基于 數(shù)字 水印 能量 均衡 無線 傳感器 網(wǎng)絡(luò) 路由 方法
【權(quán)利要求書】:

1.一種基于數(shù)字水印與能量均衡的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法,其特征在于,所述方法首先生成水印并將其嵌入到待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包中,然后在綜合考慮距離、安全度與剩余能量的基礎(chǔ)上,引入節(jié)點質(zhì)量評估度進行下一跳節(jié)點的優(yōu)化選擇;

隨后,通過對接收數(shù)據(jù)包中水印的檢測判斷該數(shù)據(jù)包是否在傳輸過程中遭受篡改,并自適應(yīng)地調(diào)整節(jié)點安全度,最終實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的安全有效傳輸;

所述基于數(shù)字水印與能量均衡的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法包括以下步驟:

步驟一,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點部署:無線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作區(qū)域中包括1個源節(jié)點N,1個目的節(jié)點Sink和n個中間節(jié)點B={B1,B2,…,Bn};其中,源節(jié)點N負責生成含水印數(shù)據(jù)包,目的節(jié)點Sink負責接收數(shù)據(jù)包,中間節(jié)點B={B1,B2,…,Bn}負責將源節(jié)點N生成的含水印數(shù)據(jù)包傳輸?shù)侥康墓?jié)點Sink,每個中間節(jié)點包括能量、安全度及位置三個屬性,其中第i個中間節(jié)點的屬性分別記為能量Ei∈[0,0.2],安全度Si∈[0,10]及位置(xi,yi);

步驟二,生成含水印數(shù)據(jù)包:首先源節(jié)點N生成原始數(shù)據(jù)包data={data1,data2,…,datai,…,data8},其中第i個數(shù)據(jù)項datai由28位二進制序列組成;然后生成32位原始水印序列w={w1,w2,…wi,…,w8},其中第i個水印項wi由4位二進制序列組成;再次,將第i個水印項wi追加到第i個數(shù)據(jù)項datai后,得到32位的第i個含水印數(shù)據(jù)項wdatai,最后重復這一過程直到得到含水印數(shù)據(jù)包wdata={wdata1,wdata2,…,wdatai,…,wdata8},i=1,2,…8;

步驟三,選擇鄰居節(jié)點;

步驟四,轉(zhuǎn)發(fā)含水印數(shù)據(jù)包;

步驟五,水印提取和檢測;

步驟六,重復步驟二~步驟五,直到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中任一中間節(jié)點找不到滿足條件的下一跳節(jié)點進行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)時終止;

所述選擇鄰居節(jié)點具體包括:

(3a)選定源節(jié)點N作為當前節(jié)點,記為U;

(3b)按照下式,計算當前節(jié)點U到目的節(jié)點Sink的距離dUSink

其中(xU,yU)為當前節(jié)點U的位置,(xSink,ySink)為目的節(jié)點Sink的位置;

(3c)根據(jù)公式TR=πR2計算當前節(jié)點U的傳輸范圍TR,并將當前節(jié)點U傳輸范圍TR內(nèi)的所有中間節(jié)點作為候選鄰居節(jié)點,得到候選鄰居節(jié)點集合BM={BM1,BM2,…,BMi,…,BMm},其中π為圓周率3.14,R為當前節(jié)點U的傳輸半徑,即當前節(jié)點U能夠傳輸數(shù)據(jù)的最大距離;

(3d)按照下式,計算第i個候選鄰居節(jié)點BMi到目的節(jié)點Sink的距離di并將其與當前節(jié)點U到目的節(jié)點Sink的距離dUSink進行比較,

如果di<dUSink,則將第i個候選鄰居節(jié)點BMi作為鄰居節(jié)點放入鄰居節(jié)點集合BH中,其中(xi,yi)為候選鄰居節(jié)點BMi的位置,i=1,2,…m,(xSink,ySink)為目的節(jié)點Sink的位置;

(3e)重復步驟(3d),直到處理完候選鄰居節(jié)點集合BM={BM1,BM2,…,BMi,…,BMm}中的所有候選鄰居節(jié)點,得到鄰居節(jié)點集合BH={BH1,BH2,…,BHi,…,BHh};

所述轉(zhuǎn)發(fā)含水印數(shù)據(jù)包具體包括:

(4a)按照下式,計算第i個鄰居節(jié)點BHi的質(zhì)量評估度Mi

其中,Di表示第i個鄰居節(jié)點BHi到目的節(jié)點Sink的距離,Ei表示第i個鄰居節(jié)點BHi的能量,Si表示第i個鄰居節(jié)點BHi的安全度,i=1,2,…h(huán),α,β,γ為常數(shù),取值范圍為[0,10];

(4b)重復步驟(4a),直到計算完鄰居節(jié)點集合BH={BH1,BH2,…,BHi,…,BHh}中的所有節(jié)點的質(zhì)量評估度M={M1,M2,…,Mi,…,Mh};

(4c)對質(zhì)量評估度M={M1,M2,…,Mi,…,Mh}進行排序,將質(zhì)量評估度最小的鄰居節(jié)點選為下一跳節(jié)點,接收由當前節(jié)點U轉(zhuǎn)發(fā)的含水印數(shù)據(jù)包wdata,并將該下一跳節(jié)點記錄到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點集合C中;

(4d)將下一跳節(jié)點作為當前節(jié)點U,重復步驟(3b)到(4c)直至將含水印數(shù)據(jù)包wdata發(fā)送到目的節(jié)點Sink,得到接收數(shù)據(jù)包rdata={rdata1,rdata2,…,rdatai,…,rdata8}與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點集合C={C1,C2,…,Ci,…,Cr}。

2.如權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字水印與能量均衡的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法,其特征在于,所述水印提取和檢測具體包括:

(5a)目的節(jié)點Sink依次從接收數(shù)據(jù)包rdata={rdata1,rdata2,…,rdatai,…,rdata8}中截取第i個數(shù)據(jù)項rdatai的后四位,得到32位的接收水印序列rw={rw1,rw2,…,rwi,…,rw8},其中第i個接收水印項rwi由4位二進制序列組成,i=1,2,…8;

(5b)按照下式,計算接收水印序列rw={rw1,rw2,…,rwi,…,rw8}與原始水印序列w={w1,w2,…wi,…,w8}的誤差,其中表示異或操作,

(5c)如果err等于0,說明數(shù)據(jù)包接收正確;反之,如果err不等于0,說明數(shù)據(jù)包遭受篡改,按照下式,依次修改由步驟(4d)得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點集合C={C1,C2,…,Ci,…,Cr}中各個節(jié)點的安全度,

其中,Si與Si′分別為第i個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點Ci的當前安全度與修改后的安全度。

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