一种无线传感器网络可信数据汇集方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107623902A(43)申请公布日2018.01.23(21)申请号201710861764.3(22)申请日2017.09.21(71)申请人北京工业大学地址100124北京市朝阳区平乐园100号(72)发明人宁振虎张诗强(74)专利代理机构北京思海天达知识产权代理有限公司11203代理人沈波(51)Int.Cl.H04W4/38(2018.01)H04W12/02(2009.01)H04W12/12(2009.01)H04W28/06(2009.01)H04L9/06(2006.01)H04L29/06(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种无线传感器网络可信数据汇集方法(57)摘要本发明公开了一种无线传感器网络可信数据汇集方法，属于信息安全领域。本方法搭建的无线传感器网络结构包括L个普通节点和一个汇聚节点Sink，各个普通节点被部署在监测区域用以感知监测数据，汇聚节点Sink接收来自监测区域的数据并恢复以及进行恶意节点的检测，本方法采用的是树状路由结构。各无线传感器网络的节点获取自身感知读数，汇聚节点Sink接收到所有信息，汇聚节点Sink采用正交匹配追踪算法进行稀疏恢复。汇聚节点Sink要求所有普通节点将此次数据汇聚过程中接收到的和发送过的数据上传，汇聚节点接收到数据后计算，得出恶意节点的位置后做出相应调整。本发明在保证数据传输过程中低能耗性能的同时，保证了数据采集的安全性。CN107623902ACN107623902A权利要求书1/1页1.一种无线传感器网络可信数据汇集方法，其特征在于：本方法搭建的无线传感器网络结构包括L个普通节点和一个汇聚节点Sink，各个普通节点被部署在监测区域用以感知监测数据，汇聚节点Sink接收来自监测区域的数据并恢复以及进行恶意节点的检测，本方法采用的是树状路由结构；无线传感器网络中的节点用Ni表示，i是节点Ni在无线传感器网络中的ID；节点Ni的感知读数用xi表示；具体实施步骤如下：步骤一、各无线传感器网络的节点获取自身感知读数，并计算相应数据并在网络中传输，分为两部分：1)对于叶子节点Ni，计算Vi＝φixi,hi＝H(xi,ski)，然后Ni将Vi,hi用与父节点的共享密钥加密并广播；2)非叶子节点Ni接收来自子节点的信息，并用与子节点的共享密钥解密得到的加密信息以获取并计算然后Ni将Vi,hi用与父节点的共享密钥加密并广播；T步骤一中，φi＝[φi1,φi2,φi3,...,φiM]为预先在节点中存储的权重向量；M表示数*Key-Length据压缩过后的长度；ski是节点Ni与汇聚节点Sink之间的共享安全密钥；H:R×R→Hash-LengthR是安全Hash函数，R是感知读数xi的取值空间，H函数是安全散列函数SHA-1；Key-Length是安全参数并且为ski的密钥长度；步骤二、汇聚节点Sink接收到所有信息后，计算VL+1,hL+1，其中是汇聚节点Sink子节点的安全Hash值；利用压缩感知中正交匹配追踪算法，恢复得到依据网络当前拓扑图从子节点逐级往上进行数据汇聚，得到并计算若则表示成功收集数据；否则，进行步骤三；步骤三、汇聚节点Sink用下述优化过程并采用正交匹配追踪算法进行稀疏恢复如果成功恢复出一组长度为2L的稀疏向量并在后L个元素中存在非零元素，则存在恶意节点篡改了自身感知读数，观察xn中非零元素的位置得出异常数据的位置，即恶意节点的位置，并做出相应调整；如果未能恢复出一组长度2L的稀疏向量，说明恶意节点篡改了其他数据，进行步骤四；步骤四、汇聚节点Sink要求所有普通节点将此次数据汇聚过程中接收到的和发送过的数据上传，汇聚节点接收到数据后计算如果不能被φi整除，则说明被节点Ni恶意篡改；否则，利用得到的计算Hash值如果则说明被节点Ni恶意篡改；得出恶意节点的位置后做出相应调整。2CN107623902A说明书1/4页一种无线传感器网络可信数据汇集方法技术领域[0001]本发明涉及一种无线传感器网络可信数据汇集方法，属于信息安全领域，尤其属于无线传感器网络数据汇集技术领域。背景技术[0002]目前，无线传感器网络(WSNs)被人们看作是人类社会和物理世界连接的桥梁。成千上万的传感器节点被部署在不同的区域形成网络，并对目标区域进行监测，采集数据并汇聚到汇聚节点Sink。传感器网络数据采集更是广泛应用于各个领域，比如环境监测、入侵检测等。但是由于节点的能量有限，能量的消耗问题往往是网络寿命的瓶颈。因此，如何延长网络的生命周期以及在汇聚节点更加精确地获得数据便成为了设计无线传感器网络最大的挑战。而能量消耗主要来自数据感知、数据处理以及数据通信，其中以数据通信能