[發明專利]一種基于數字水印與能量均衡的無線傳感器網絡路由方法

有效

• 申請號: 201710322893.5
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN107249188B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 安玲玲;辛悅;王群;裴慶祺
• 申請（專利權）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

1.一種基于數字水印與能量均衡的無線傳感器網絡路由方法，其特征在于，所述方法首先生成水印并將其嵌入到待傳輸的數據包中，然后在綜合考慮距離、安全度與剩余能量的基礎上，引入節點質量評估度進行下一跳節點的優化選擇；

隨后，通過對接收數據包中水印的檢測判斷該數據包是否在傳輸過程中遭受篡改，并自適應地調整節點安全度，最終實現無線傳感器網絡中數據的安全有效傳輸；

所述基于數字水印與能量均衡的無線傳感器網絡路由方法包括以下步驟：

步驟一，無線傳感器網絡節點部署：無線傳感器網絡工作區域中包括1個源節點N，1個目的節點Sink和n個中間節點B＝{B₁,B₂,…,B_n}；其中，源節點N負責生成含水印數據包，目的節點Sink負責接收數據包，中間節點B＝{B₁,B₂,…,B_n}負責將源節點N生成的含水印數據包傳輸到目的節點Sink，每個中間節點包括能量、安全度及位置三個屬性，其中第i個中間節點的屬性分別記為能量E_i∈[0,0.2]，安全度S_i∈[0,10]及位置(x_i,y_i)；

步驟二，生成含水印數據包：首先源節點N生成原始數據包data＝{data₁,data₂,…,data_i,…,data₈}，其中第i個數據項data_i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,…w_i,…,w₈}，其中第i個水印項w_i由4位二進制序列組成；再次，將第i個水印項w_i追加到第i個數據項data_i后，得到32位的第i個含水印數據項wdata_i，最后重復這一過程直到得到含水印數據包wdata＝{wdata₁,wdata₂,…,wdata_i,…,wdata₈}，i＝1,2,…8；

步驟三，選擇鄰居節點；

步驟四，轉發含水印數據包；

步驟五，水印提取和檢測；

步驟六，重復步驟二～步驟五，直到無線傳感器網絡中任一中間節點找不到滿足條件的下一跳節點進行數據包轉發時終止；

所述選擇鄰居節點具體包括：

(3a)選定源節點N作為當前節點，記為U；

(3b)按照下式，計算當前節點U到目的節點Sink的距離d_USink：

其中(x_U,y_U)為當前節點U的位置，(x_Sink,y_Sink)為目的節點Sink的位置；

(3c)根據公式TR＝πR²計算當前節點U的傳輸范圍TR，并將當前節點U傳輸范圍TR內的所有中間節點作為候選鄰居節點，得到候選鄰居節點集合B^M＝{B^M₁,B^M₂,…,B^M_i,…,B^M_m}，其中π為圓周率3.14，R為當前節點U的傳輸半徑，即當前節點U能夠傳輸數據的最大距離；

(3d)按照下式，計算第i個候選鄰居節點B^M_i到目的節點Sink的距離d_i并將其與當前節點U到目的節點Sink的距離d_USink進行比較，

如果d_i＜d_USink，則將第i個候選鄰居節點B^M_i作為鄰居節點放入鄰居節點集合B^H中，其中(x_i,y_i)為候選鄰居節點B^M_i的位置，i＝1,2,…m，(x_Sink,y_Sink)為目的節點Sink的位置；

(3e)重復步驟(3d)，直到處理完候選鄰居節點集合B^M＝{B^M₁,B^M₂,…,B^M_i,…,B^M_m}中的所有候選鄰居節點，得到鄰居節點集合B^H＝{B^H₁,B^H₂,…,B^H_i,…,B^H_h}；

所述轉發含水印數據包具體包括：

(4a)按照下式，計算第i個鄰居節點B^H_i的質量評估度M_i：

其中，D_i表示第i個鄰居節點B^H_i到目的節點Sink的距離，E_i表示第i個鄰居節點B^H_i的能量，S_i表示第i個鄰居節點B^H_i的安全度，i＝1,2,…h，α，β，γ為常數，取值范圍為[0,10]；

(4b)重復步驟(4a)，直到計算完鄰居節點集合B^H＝{B^H₁,B^H₂,…,B^H_i,…,B^H_h}中的所有節點的質量評估度M＝{M₁,M₂,…,M_i,…,M_h}；

(4c)對質量評估度M＝{M₁,M₂,…,M_i,…,M_h}進行排序，將質量評估度最小的鄰居節點選為下一跳節點，接收由當前節點U轉發的含水印數據包wdata，并將該下一跳節點記錄到數據轉發節點集合C中；

(4d)將下一跳節點作為當前節點U，重復步驟(3b)到(4c)直至將含水印數據包wdata發送到目的節點Sink，得到接收數據包rdata＝{rdata₁,rdata₂,…,rdata_i,…,rdata₈}與數據轉發節點集合C＝{C₁,C₂,…,C_i,…,C_r}。

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

(5a)目的節點Sink依次從接收數據包rdata＝{rdata₁,rdata₂,…,rdata_i,…,rdata₈}中截取第i個數據項rdata_i的后四位，得到32位的接收水印序列rw＝{rw₁,rw₂,…,rw_i,…,rw₈}，其中第i個接收水印項rw_i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,…,rw_i,…,rw₈}與原始水印序列w＝{w₁,w₂,…w_i,…,w₈}的誤差，其中表示異或操作，

(5c)如果err等于0，說明數據包接收正確；反之，如果err不等于0，說明數據包遭受篡改，按照下式，依次修改由步驟(4d)得到的數據轉發節點集合C＝{C₁,C₂,…,C_i,…,C_r}中各個節點的安全度，

其中，S_i與S_i′分別為第i個數據轉發節點C_i的當前安全度與修改后的安全度。