[發明專利]無線傳感器執行器網絡二階數據隱私保護方法

在審

• 申請號: 201810938047.0
• 申請日: 2018-08-17
• 公開（公告）號: CN108966172A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 陳珍萍;吳征天;付保川;許馨尹;徐啟元
• 申請（專利權）人: 蘇州科技大學
• 主分類號: H04W4/38
• 分類號: H04W4/38;H04W12/02;H04W4/02
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

本發明公開了一種無線傳感器執行器網絡二階數據隱私保護方法，包括系統結構和圖論相關分析、建立被控對象二階模型、噪聲注入隱私保護、節點狀態估計和節點隱私保護度分析幾個步驟。本發明針對網絡控制系統中的二階被控對象初始位置和速度隱私的泄露問題，結合一致性控制理論，保護的目標是保護數據中的隱私信息，讓經過隱私保護算法處理過的數據在被挖掘、分析后，最終得出的結論與原始數據的結論一致。

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡數據處理方法領域，具體是一種無線傳感器執行器網絡二階數據隱私保護方法。

背景技術

無線傳感器執行器網絡(Wireless sensor and actuator networks，WSANs)集計算、通信與控制于一身，其反饋信息經由無線傳感器網絡通信，是通信與自動控制發展的前沿領域。在一些如災害氣體監測的特殊應用場合中，系統中的執行器節點需要基于大多數節點的感知數據作出相應的決策。考慮到系統中感知節點和執行器節點地理位置的分散性，需要一種分布式控制器，以通過感知節點間感知數據的交換實現多個感知節點感知數據的趨同。

在分布式WSANs中，通過偵聽網絡中感知節點間交換的感知數據，網絡中的惡意節點或攻擊節點可以推斷出感知節點的初始數據，甚至是趨同數據，極大地威脅到感知數據的隱私性。

發明內容

本發明的目的是提供一種無線傳感器執行器網絡二階數據隱私保護方法，以解決現有技術無線傳感器執行器網絡控制系統中的二階被控對象初始位置和速度隱私的泄露問題。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為：

無線傳感器執行器網絡二階數據隱私保護方法，包括以下步驟：

(1)、系統結構和圖論相關分析：

在WSANs中，假設有N個被控對象，為每個被控對象i,i＝1,2,...,N，配置相應的傳感器節點i,i＝1,2,...,N，和執行器節點i,i＝1,2,...,N，控制器為分布式一致性控制器，由N個傳感器節點協作完成；傳感器節點間的通信為無線通信；

用無向圖G＝(V,E,W)來表征WSANs中傳感器節點間的通信關系，其中V＝{1,2,...,N}為傳感器節點集合，N表示節點數目；邊集表示N個傳感器節點間的通信關系，若傳感器節點i可接收到傳感器節點j的信息，則{i,j}∈E，W_ij≠0，反之且假定網絡中不存在自連接，即若{i,j}∈E，則節點j為節點i的輸入鄰居節點，表示節點i的輸入鄰居節點集，d_i＝|N_i|表示節點i的入度，網絡G的入度矩陣D＝diag{d_i}，網絡G的拉普拉斯矩陣為L＝D-W，1_N和0_N分別表示元素全為1和元素全為0的N維列向量；

(2)、建立被控對象二階模型：

在WSANs中，被控對象i(i＝1,2,...,N)的連續二階模型為：

其中為被控對象i(i＝1,2,...,N)的二維實數狀態向量，x_1i(t)和x_2i(t)為被控對象i的位置和速度狀態，為被控對象i的二維實數輸入向量，u_1i(t)和u_2i(t)為被控對象i的位置和速度輸入，T為被控對象i的采樣周期，用k＝0,1,2,...表征采樣點，可得到被控對象i的離散狀態模型如下：

(3)、噪聲注入隱私保護：

在WSANs中，傳感器節點i(i＝1,2,...,N)按照下式構造隨機噪聲θ_i(k)：