[發明專利]一種水聲傳感器網絡中基于分簇結構的位置隱私保護方法

有效

• 申請號: 202010541724.2
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111541494B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 韓光潔;陳玉思
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: H04B13/02
• 分類號: H04B13/02;H04W84/18;H04L12/715;H04W12/00;H04W12/02;H04W40/32
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 丁濤

本發明公開了一種水聲傳感器網絡中基于分簇結構的位置隱私保護方法，首先進行網絡劃分，將水聲傳感器網絡劃分成靜態層和動態層，每層都有一個AUV進行數據的傳輸。然后節點成簇，確定簇頭的數目和位置后，其他節點根據就近原則加入相應的簇，然后根據節點的剩余能量和到基站的位置選出輔助簇頭。最后進行數據傳輸，一部分輔助簇頭進行真實數據包的傳輸，另一部分輔助簇頭生成虛假數據包并進行虛假數據包的傳輸，然后通過多跳傳輸和AUV將數據包傳輸到基站，節點之間的傳輸通過鄰居列表選出下一跳，AUV的路徑規劃基于Q?learning來實現。

技術領域

本發明屬于水聲傳感器網絡中隱私安全領域，具體涉及一種水聲傳感器網絡中基于分簇結構的位置隱私保護方法。

背景技術

過去幾十年，人類對能源的需求隨著人口數量的增加而快速增加，而海洋覆蓋了地球表面的71％，被認為是目前人類生存資源的主要來源。UASNs包括被部署在感測區域的水下節點和用于收集數據包的水下自主航行器。UASNs應用廣泛，可以應用于海洋資源勘探、污染檢測、地震監測以及軍事監測等方面，近年來受到廣泛的關注。但由于UASNs一般部署在不可訪問、無人看管甚而對立的境況中，這使得布放的水下節點比較容易受到損壞和攻擊，面臨著嚴峻的安全問題。因此，一個相對安全隱秘的環境對UASNs的正常運行來說非常必要，本文的內容也具有一定的研究意義。

隱私威脅通常可以分為：內容隱私和上下文隱私。內容隱私威脅是指攻擊者通過監聽網絡中發送的數據包的內容，來獲取數據內容以及源節點的標識和位置。為了應對這種隱私威脅，通常對數據包進行加密并使用化名代替真實身份，上下文隱私威脅是指攻擊者會竊聽網絡傳輸，并使用流量分析技術來推斷敏感信息，即何時在何處收集數據。

水聲傳感器網絡一般情況下包含水下傳感器節點、匯聚節點、海面基站和數據中心等。水下傳感器節點被投放在需要被檢測的水下區域中，為了更加全面地獲取海內的一些參數，這些水下傳感器節點通常部署在相對海面距離不同的海內，由于節點的體積、質量都比較小，當海水流動時，這些節點就會隨著海水的流動發生位置的改變。當水聲傳感器網絡運行時，傳感器節點首先對感測區域進行感測，并將感測到的數據以多跳傳輸或者AUV運輸的方式傳輸到匯聚節點，匯聚節點進行數據的融合之后，再以同樣的方式將數據包傳輸到海面基站，海面基站以無線通信的方式傳輸到數據中心進行數據的處理。在這個過程中，攻擊者如果根據追蹤數據或者其他方式獲取傳輸數據節點的位置，從而獲得重要水下節點或重要設備的位置，將給水聲傳感器網絡帶來巨大的威脅。水聲傳感器網絡中位置隱私保護可以針對重要節點，也可以針對海面基站等，本文主要研究的是針對于源節點的位置隱私保護。

目前針對無線傳感器網絡的源節點位置隱私保護已經有了很多方法，例如幻象路由、偽數據包注入、隨機路由等等。基于對WSNs的源節點隱私保護，本文將其應用于UASNs中，用于保護UASNs中的源節點位置隱私。但UASNs的一些獨有的特點，例如三維環境、高傳播延遲、有限的帶寬、路徑損耗、移動性等，應用過程將相對來說更加棘手，主要在這三個點表現出來：

1)水下傳感器節點的能量、計算能力和存儲空間有限；

2)UASNs采用聲通信，傳輸速率有限；

3)水下環境的復雜性。

本文的研究目的是保護UASNs賴以生存的各種復雜的設備，這些設備一旦被捕獲，整個水聲傳感器網絡都將處于危險境地，因此對水下各種復雜設備的保護至關重要。

發明內容

針對以上問題，本發明提出了一種水聲傳感器網絡中基于分簇結構的位置隱私保護方法，利用海洋特性對水聲傳感器網絡進行劃分，通過節點分簇，輔助簇頭的調用，數據包的多跳傳輸和AUV的運行增加攻擊者捕獲源節點的難度，從而提高網絡的安全時間，起到位置隱私保護的作用。

一種水聲傳感器網絡中基于分簇結構的位置隱私保護方法，包括以下步驟：