一种无线传感器网络抗攻击加密定位方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种无线传感器网络加密定位方法和装置，属于通讯技术领域。
【背景技术】
[0002] 无线传感器网络(WSN)由大量的智能传感器节点构成，运些节点具有计算通信的 存储等能力，能够W无线通信的方式相互协作，共同实现相关的任务。无线传感器网络把传 感器技术，现代网络，嵌入式计算技术和分布信息处理结合在一起，可W实时地感知、监测 和采集网络覆盖区域里的监测对象和环境信息，再把数据处理后通过多跳、自组的网络上 传给需要运些信息的用户。目前，无线传感器网络已广泛应用于环境科学、医疗健康、交通 管理和国防军事等众多领域。在WSN的大多数应用中，监测到事件后所关屯、的一个重要问题 就是事件发生的位置，传感器节点只有明确自身位置信息，才能详细的说明"在什么地方发 生了什么事件"，从而实现对外部目标的跟踪和监测。此外，了解传感器节点的位置分布状 况可W提高网络的路由效率，实现网络的负载均衡和网络拓扑的自动配置，改善整个网络 的覆盖质量。因此，节点的正确定位是WSN重要的核屯、支撑技术之一。
[0003] 国内外研究者提出了许多节点安全定位机制和算法。例如，LEAP协议技术采用了 一种多密钥方式，但其主要缺点是每个节点都需要维护的密钥数目比较多，而且维护的开 销和费用也比较大。SPIN安全体系是目前在身份认证方面提出的在安全机制中比较流行和 实用的无线传感器网络安全方案，但是SPIN安全体系只是考虑了最简单的主密钥共享方 式，使得其安全性完全依赖于基站，那么网络规模就受到很大的限制。J.Deng等研究人员提 出了对无线网络入侵具有抵抗力的路由协议INSENS，在其所提出的路由协议中主要是综合 利用了冗余路由W及认证机制来解决入侵危害，主要针对的目标是可能出现的内部攻击 者。VM算法采用的距离界限协议需要验证者具有纳秒级的时间测量能力和被验证者具有纳 秒级的实时处理能力，但缺点是过多地依赖位置保密方面的假设条件。另外一种被称之为 ARMMSE的算法是由Liu等研究人员提出来的，通过隔离的办法，被俘获信标节点的错误位置 信息就是运个算法的主要指导思想，从而实现了定位算法的鲁棒性，然而在隔离过程中，算 法对所有的位置参照信息进行迭代计算，所W计算复杂度较高、开销较大。
[0004] 虽然RSSI定位精度并不高，但RSSI对于大多数定位应用已经足够，所W其定位应 用很广泛，目前RADAR和SpotON等系统均采用RSSI测距技术。目前基于RSSI的定位机制方法 很多，也有很多研究人员对其安全性能的进行分析，但是目前的安全定位技术还不是很成 熟，如果密钥比较复杂，那么网络的开销和费用也会比较大；如果网络共享一个主密钥，安 全性的依赖会比较强，而且网络规模也会受到限制。
[000引Sybil(女巫)攻击中攻击者一般声称自己有多个身分（ID)的节点。如果在位置发 现过程中，要定位的未知节点从同一个信标节点接收多个位置参考信息，则WSN的定位系统 就会把错误的位置W及错误的节点数目带入到算法当中，从而导致定位位置不正确。身份 与实体的对应是网络正常运行的重要基础，通过破坏运种对应，Sybil攻击对系统效率可形 成严重的危害。Sybil节点一旦发动攻击，若不能有效检测防范，由于谎报的节点位置W及 错误的节点数目，对WSN的定位系统产生严重的影响，而且许多基本的网络功能如路由、选 举及安全机制，性能将急剧下降。
[0006] 因此，目前现有的研究并不能满足在复杂环境下低功耗和低成本的无线传感器网 络的实际应用要求，所W需要从实际出发研究一种基于RSSI技术的低功耗、保密性强、独立 性强、扩展性强、可W抗攻击的的定位算法。
【发明内容】
[0007] 本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种基于RSSI技术的低功耗、保密性 强、独立性强、扩展性强的无线传感器网络抗攻击加密定位方法和装置。
[0008] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种无线传感器网络抗攻击 加密定位方法，包括信标节点对测距报文的加密编码发送过程W及未知节点对信息的接收 解码过程;所述信标节点对测距报文的加密编码发送过程包括W下步骤:S1.信标节点产生 测距报文k，并对测距报文k进行曼切斯特编码，得到码字m;S2.信标节点根据伪随机序列对 数据m进行伪随机编码，得到信码b，并将信码bW广播发送出去;所述未知节点对信息的接 收解码过程包括W下步骤:R1.未知节点接收信标节点发送的广播信息并测量所述广播信 息的接收功率Ri，并对接收到的广播信息进行限幅滤波后随机选取一个周期内的信码bl作 为测距信标;R2.根据所述伪随机序列，对信码bl进行伪随机解码处理，得到码字ml ;R3.对 码字ml进行曼切斯特解码，得到测距报文kl;R4.根据测距报文kl和接收功率Ri，对自身进 行定位。
[0009] 所述步骤S2还包括W下步骤:S21.信标节点在信码b中插入分界符后再W广播发 送出去，所述分界符用于表示每个帖的起止，所述广播发送的过程为定时发送。
[0010] 所述步骤R2还包括W下步骤:R21.未知节点得到码字ml后，首先根据曼切斯特编 码规则校验码字ml是否合法，若合法，则进行步骤R3;若不合法，则重新进行步骤R1。
[0011] 所述未知节点接收至少3个信标节点发送的广播信息，并测量对应广播信息的接 收功率，然后根据所述至少3个信标节点发送的广播信息和测量得到的对应广播信息的接 收功率Ri对自身进行定位。
[0012] 所述的无线传感器网络抗攻击加密定位方法，还包括W下步骤:无线传感器网络 中还包括至少四个监测节点，所述未知节点每接收到一个信标节点发送的广播信息并得到 对应的测距报文K1，对应地，所述的至少四个监测节点测量对应广播的接收功率，并将其中 任意一个监测节点作为基准监测节点，其余监测节点将各自的接收功率发送至所述基准监 测节点，所述基准监测节点计算各个监测节点之间的接收功率比值，并比较两个不同广播 信息的对应接收功率比值，若所述各个监测节点之间的接收功率比值在不同广播信息条件 下均不同，则判断该信标节点为可靠信标节点，否则，为不可靠信标节点。
[0013] 所述未知节点接收至少3个可靠信标节点发送的广播信息，并测量对应广播的接 收功率，然后根据所述至少3个可靠信标节点发送的广播信息和对应广播的接收功率，对自 身进行定位。
[0014] 所述监测节点的数量为四个，所述未知节点每接收到一个广播信息并得到对应的 测距报文K1，对应地，所述四个监测节点测量对应广播信息的接收功率，并将其中任意一个 监测节点作为基准监测节点，其余监测节点将各自的接收功率发送至所述基准监测节点， 所述基准监测节点计算其与其他Ξ个监测节点的接收功率比值，并比较不同广播的对应接 收功率比值，若所述基准监测节点与其他Ξ个监测节点的接收功率比值在不同广播信息条 件下均不同，则判断该信标节点为可靠信标节点，否则为不可靠信标节点。
[0015] -种用于实施所述的无线传感器网络抗攻击加密定位方法的无线传感器网络抗 攻击加密定位装置，包括发射端和接收端，所述发射端对测距报文k进行曼切斯特编码，得 到码字m，W及对码字m进行伪随机编码，得到信码b并W广播发送;所述接收端包括滤波单 元，解码单元W及数据处理单元;所述滤波单元用于对接收到的广播信息进行限幅滤波，得 到信码bl;所述解码单元于对信码bl进行伪随机解码处理，W及曼切斯特解码，得到测距报 文kl;所述数据处理单元用于根据从至少3个信标节点发送的广播信息得到的测距报文kl 和对应的接收功率Ri，对接收端进行定位。
[0016] -种用于实施所述的无线传感器网络抗攻击加密定位方法的无线传感器网络抗 攻击加密定位装置，包括发射端，接收端和抗攻击计算单元，所述发射端对测距报文k进行 曼切斯特编码，得到码字m;W及对码字m进行伪随机编码，得到信码b;所述接收端包括滤波 单元，解码单元W及数据处理单元;所述滤波单元用于对接收到的信息进行限幅滤波，得到 信码bl;所述解码单元用于对信码bl进行伪随机解码，W及曼切斯特解码，得到测距报文 kl;所述抗攻击计算单元设置在所述基准监测节点上，用于计算所述基准监测节点接收到 的接收功率与其余监测节点的接收功率比值，并比较不同广播信息下的对应监测节点的接 收功率比值，根据比值是否相同来判断该信标节点区域是否为可靠信标节点，并将判断结 果传送给所述数据处理单元;所述数据处理单元用于根据从至少3个可靠信标节点发送的 广播信息得到的测距报文kl和对应广播的接收功率Ri，对接收端进行定位。
[0017] 所述发射端还用于在信码b中插入分界符后再W广播发送，所述解码单元还用于 根据曼切斯特编码规则校验码字ml是否合法。
[0018] 与现有技术相比，本发明可W保护信息的完整性，不依赖信息加密技术，可W提高 系统的抗攻击能力和信息处理速度，降低硬件的能耗，所W具有低功耗、高保密性和独立性 强，扩展性强的优点。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明的防Syb i 1攻击的拓扑模型结构图；
[0020] 图2为本发明第二实施例的无线传感器网络抗攻击加密定位方法的流程框图；
[0021] 图3为本发明的抗攻击加密定位方法和传统的RSSI测距算法的定位误差与错节点 比例的关系图；
[0022] 图4为本发明的抗攻击加密定位方法和传统的RSSI测距算法通信量比较；
[0023] 图5为受到sybil攻击时，本发明的抗攻击加密定位方法和传统的RSSI测距算法的 平均定位偏差与攻击强度的关系图。
【具体实施方式】
[0024] RSSI测距技术因能量消耗低，成本低廉且易于实现而著称，RSSI测距技术是在已 知发射接收功率前提条件下，根据接收节点获得的信号功率，从而计算出信号在传播过程 中的损耗，根据信号传播模型将传播损耗值转化为距离值。
[0025] 无线信号的发射功率和接收功率之间的关系可W用式(1)表示。
[0026] Ρκ = Ρτ/γ" (1)
[0027] 其中扣是无线信号的接收功率，Ρτ是无线信号的发射功率，r是收发单元之间的距 离，η传播因子，数值大小取决于无线信号传播的环境。
[0028] 为了分析问题方便，在公式(1)两边取对数，将发送功率代入，可得到式(2)。
[0029] 101gPR = A-10nlgr (2)