[發明專利]一種分布式架構的無線傳感器網絡干擾區域映射方法

有效

• 申請號: 201710333384.2
• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN106961697B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 韓光潔;劉立
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: H04W24/08
• 分類號: H04W24/08;H04W84/18;H04W40/10;H04W40/20
• 代理公司: 常州市科誼專利代理事務所 32225
• 代理人: 孫彬

1.一種分布式架構的無線傳感器網絡干擾區域映射方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一：三層分布式架構的網絡實現

網絡自下而上分為節點層，簇頭層，sink層；節點層位于網絡最底層，負責節點分簇和數據感知，分簇后的節點與其對應簇頭需保持一跳通信范圍內，節點層各節點將感知數據發送給所屬簇頭，簇頭在簇頭層進行數據匯聚，并將匯聚后的數據報告發送給sink層，完成自下而上的數據傳輸；

步驟二：sink通過數據包分解識別干擾攻擊，同時轉入干擾區域逐級映射階段分簇后網絡中各節點與其簇頭保持一跳距離，當簇內節點受到干擾攻擊后對外表現為簇成員無法發送數據給簇頭，或簇頭無法接收簇成員數據，最終sink層收到來自簇頭層的數據報告，通過匹配簇頭個數與數據報告個數，sink發現存在簇頭報告丟失，此外，在接收的數據報告中同時包括信息丟失完整的簇頭報告和信息不完整的簇頭報告，sink層基于存在簇頭報告丟失現象和接收到信息不完整的簇頭報告識別干擾攻擊；

步驟三：簇頭級干擾區域映射

sink層基于丟失的簇頭報告和信息不完整的簇頭報告，將干擾區域初步映射到未上傳數據報告的簇頭所屬簇的位置和上傳數據報告但信息不完整的簇頭所屬簇的位置，同時將所有成功接收到的數據報告中出現的節點識別為信任節點，丟失ID信息的簇內節點判定為干擾節點；

步驟四：節點級干擾區域映射

簇頭級映射出的受到干擾攻擊的簇中，存在部分波及節點，波及節點自身處于干擾范圍外，但因其簇頭處于干擾范圍內，波及節點的數據無法被簇頭接收、上傳給sink層，從而被簇頭級映射誤判為干擾節點，節點級干擾區域映射利用信任節點排查上述節點，將其從受干擾簇的區域中剝離，提高簇頭級干擾區域映射的映射精度；

節點級干擾區域映射首先利用信任節點與其位于受到干擾攻擊簇的鄰居節點建立通信，找出與信任節點具有鄰居關系的波及節點，成功建立通信的鄰居波及節點會從受干擾簇的區域中剝離，減小受干擾簇的實際干擾面積；若受到干擾攻擊的簇中的波及節點不存在鄰居信任節點，波及節點在等待建立通信無果后，按步驟一所述一跳通信范圍內節點分簇方法成簇，通過簇頭將簇內波及節點的信息上傳，將新生成的僅包含波及節點簇從原來的受干擾簇中剝離；

步驟五：干擾區域合并

節點級干擾區域映射的結果通過信任節點上傳至sink，sink將地理位置上相鄰的受干擾簇進行區域合并，降低單獨存儲分析各受干擾簇的復雜度。

2.根據權利要求1所述的一種分布式架構的無線傳感器網絡干擾區域映射方法，其特征在于：所述步驟一中，一跳通信范圍的節點分簇方法如下：

各節點通過廣播Hello包與其鄰居節點進行交互，若節點為孤立節點，則自身宣布成簇，否則，節點設置退避計時器T_backoff用以競爭簇頭，退避計時器T_th表示最大時間門限，E₀表示節點初始能量，E_residual表示節點剩余能量，d_nei表示節點的度，D₀表示網絡中最大的節點的度，α，β為權重因子；節點計時結束后即宣布成為簇頭，信息廣播給其一跳鄰居，收到信息的鄰居節點停止計時并回復消息宣布加入該簇。

3.根據權利要求1所述的一種分布式架構的無線傳感器網絡干擾區域映射方法，其特征在于：所述步驟二中，sink層基于丟失的簇頭報告和信息不完整的簇頭報告識別干擾攻擊的方法如下：

節點分簇后，簇內成員發送給簇頭的數據會得到匯聚，匯聚信息將由簇頭生成數據報告發送給sink，數據報告中會附有發送數據的簇內成員的ID信息，當簇中存在節點受到干擾攻擊后，該簇可能對外表現為簇內成員無法發送數據給簇頭，或簇頭無法接受簇內節點數據，最終sink層收到來自簇頭層的數據報告個數一方面可能少于實際簇頭數，另一方面在收到的數據報告中也存在部分簇內節點信息丟失的情況，在sink層中，當存在簇頭報告丟失的情況，或當sink解析簇頭的數據報告時發現丟失部分簇內成員ID信息時，均認為干擾攻擊發生。

4.根據權利要求1所述的一種分布式架構的無線傳感器網絡干擾區域映射方法，其特征在于：所述步驟五中sink使用Melkman凸包算法，將地理位置上相鄰的受干擾簇進行區域合并。