[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

• 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

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,…,B_n}；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,…,B_n}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(shù)據(jù)包：首先源節(jié)點N生成原始數(shù)據(jù)包data＝{data₁,data₂,…,data_i,…,data₈}，其中第i個數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)項data_i后，得到32位的第i個含水印數(shù)據(jù)項wdata_i，最后重復這一過程直到得到含水印數(shù)據(jù)包wdata＝{wdata₁,wdata₂,…,wdata_i,…,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d_USink：

其中(x_U,y_U)為當前節(jié)點U的位置，(x_Sink,y_Sink)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(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B^M_i到目的節(jié)點Sink的距離d_i并將其與當前節(jié)點U到目的節(jié)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(jié)點B^M_i作為鄰居節(jié)點放入鄰居節(jié)點集合B^H中，其中(x_i,y_i)為候選鄰居節(jié)點B^M_i的位置，i＝1,2,…m，(x_Sink,y_Sink)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B^M＝{B^M₁,B^M₂,…,B^M_i,…,B^M_m}中的所有候選鄰居節(jié)點，得到鄰居節(jié)點集合B^H＝{B^H₁,B^H₂,…,B^H_i,…,B^H_h}；

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B^H_i的質(zhì)量評估度M_i：

其中，D_i表示第i個鄰居節(jié)點B^H_i到目的節(jié)點Sink的距離，E_i表示第i個鄰居節(jié)點B^H_i的能量，S_i表示第i個鄰居節(jié)點B^H_i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B^H＝{B^H₁,B^H₂,…,B^H_i,…,B^H_h}中的所有節(jié)點的質(zhì)量評估度M＝{M₁,M₂,…,M_i,…,M_h}；

(4c)對質(zhì)量評估度M＝{M₁,M₂,…,M_i,…,M_h}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,…,rdata_i,…,rdata₈}與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點集合C＝{C₁,C₂,…,C_i,…,C_r}。

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,…,rdata_i,…,rdata₈}中截取第i個數(shù)據(jù)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(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,…,C_i,…,C_r}中各個節(jié)點的安全度，

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