無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于校驗碼的數(shù)據(jù)可靠性保護(hù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全領(lǐng)域，具體涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于 校驗碼的數(shù)據(jù)可靠性保護(hù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WirelessSensorNetwork，WSN)是由大量傳感器節(jié)點組成，協(xié) 作地感知、采集、處理和傳輸數(shù)據(jù)，完成各項預(yù)定任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)中由于能量有限、環(huán)境變化、沖 突干擾等眾多因素都可能導(dǎo)致無法獲得可靠數(shù)據(jù)。但無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要以數(shù)據(jù)為中心， 通過對數(shù)據(jù)的分析，得到事件處理結(jié)果，因此數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確和可靠與否將直接影響是否做出 正確決策。如何針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建一個可靠性模型是保證無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全需要 解決的首要問題。
[0003] 針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所具有的可靠性問題，現(xiàn)有的技術(shù)主要有以下幾種方案：
[0004]PurohitN，VaradwajP，TokekarS.Reliabilityanalysisofwirelesssensor network[C]//Proceedingof16thIEEEInternationalConferenceonNetworks，2008. 假定了一個具有n個相同傳感器節(jié)點和一個Sink節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，每個傳感器節(jié)點 都配有X只傳感器。文中定義一個時間A，表示至少一個傳感器節(jié)點的至少一只傳感器可以 感知環(huán)境并可以將感知到的數(shù)據(jù)通過Sink節(jié)點傳輸?shù)椒?wù)器，事件A發(fā)生的概率就是該無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可靠性。不過此文只考慮了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的連通性，而沒有考慮 到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋下問題。
[0005] ShresthaA，LiudongX，HongL.Modelingandevaluatingthereliability ofwirelesssensornetworks[C]//ProceedingsofReliabilityandMaintainability Symposium，RAMS' 07,2007:186-191.考慮了一種簇結(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，定義無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)的可靠性是監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的每一個點至少被K個節(jié)點覆蓋，并且，這K個節(jié)點中的每一 個都至少存在一條通往Sink節(jié)點的路徑概率。在可靠模型建立過程中考慮了共因失效因 素，使用了簡化二元決策圖方法。雖然本人考慮了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點間連接線和節(jié)點 覆蓋性，但最終只是給出了基于覆蓋簇結(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠性模型。
[0006] YousefiH，MizanianK，JahangirAH.Modelingandevaluatingthe reliabilityofcluster-basedwirelesssensornetworks[C]//Proceedingof 24thIEEEInternationalConferenceonAdvancedInformationNetworkingand Application(AINA)，2010 :827-834.建立基于K節(jié)點覆蓋、節(jié)點間連接失效和路徑失效的 可靠性模型。文中定義無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可靠性是Sink節(jié)點成功探測事件的概率，也就是 各個簇頭節(jié)點探測事件的概率與簇頭節(jié)點聚合的數(shù)據(jù)成功傳輸?shù)絊ink節(jié)點的概率乘積， 而簇頭節(jié)點探測事件本身是與覆蓋有關(guān)的函數(shù)，被定義為源簇是K節(jié)點覆蓋，并且簇頭成 功收到至少K個包的概率。文中分別求出了以上3個部分的函數(shù)表達(dá)式，并最終得到基于 簇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠性模型。
[0007] 上述方法可以有效地?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可靠性，提高網(wǎng)絡(luò)的安全性，不過針對具 體數(shù)據(jù)很難保證安全，但在實際運用中很難做到低消耗和低延時。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中 基于校驗碼的數(shù)據(jù)可靠性保護(hù)方法，既能通過水印技術(shù)準(zhǔn)確提供數(shù)據(jù)完整性，又能利用校 驗碼根據(jù)數(shù)據(jù)實際信任度驗證數(shù)據(jù)可靠性，從而更加精確地了解數(shù)據(jù)的正確性，且數(shù)據(jù)信 任度可接受范圍內(nèi)，能減少網(wǎng)絡(luò)開銷，起到節(jié)約耗能的作用。
[0009] 本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)：一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中基于校驗碼 的數(shù)據(jù)可靠性保護(hù)方法，其特征在于，所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中設(shè)有若干個傳感器節(jié)點，所 述傳感器節(jié)點分為基站節(jié)點和源節(jié)點，均在其可通信范圍內(nèi)，基站節(jié)點中預(yù)設(shè)信任度閾值Y 及源節(jié)點中預(yù)存數(shù)據(jù)特征碼；
[0010] 一、數(shù)據(jù)生成步驟如下：
[0011] 1)每個源節(jié)點向其周圍采集數(shù)據(jù)；
[0012] 2)根據(jù)采集數(shù)據(jù)，以每兩個字符為一個字符分組的方式進(jìn)行分組，并將采集數(shù)據(jù) 與預(yù)存數(shù)據(jù)特征碼對比，得其相應(yīng)1位重要程度布爾值（1代表重要、〇代表不重要）；
[0013] 3)根據(jù)采集數(shù)據(jù)，以去除每字符所對應(yīng)8位二進(jìn)制數(shù)首位冗余0的方式進(jìn)行優(yōu)化， 即每個字符表示為7位二進(jìn)制數(shù)；
[0014] 4)根據(jù)每個字符分組，將其相應(yīng)1位重要程度布爾值存于分組后面，生成15位字 符分組二進(jìn)制數(shù)串group_binstr;
[0015] 5)根據(jù)分組二進(jìn)制數(shù)串group_binstr，將所有字符分組二進(jìn)制數(shù)串合并，生成字 符二進(jìn)制數(shù)串char_binstr=Egroup_binstr;
[0016] 二、校驗碼生成步驟如下：
[0017] 1)根據(jù)步驟一中生成的字符分組二進(jìn)制數(shù)串group_binstr，利用校驗數(shù)計算公 式，可得每個字符分組所相應(yīng)的校驗數(shù)groupchecknum。所述校驗數(shù)計算公式如下：
[0018]
[0019] 其中g(shù)roupchecknum表示字符分組二進(jìn)制數(shù)串所相應(yīng)的校驗數(shù)，Weight表示字符 權(quán)值，CharNum表示校驗數(shù)集；
[0020] 2)根據(jù)每個字符分組所相應(yīng)的校驗數(shù)groupchecknum，以每個校驗數(shù)用相應(yīng)4位 二進(jìn)制數(shù)替換的方式，生成相應(yīng)校驗碼二進(jìn)制數(shù)串groupcheck_binstr;
[0021] 三、水印生成步驟如下：
[0022] 1)根據(jù)步驟一中的字符分組二進(jìn)制數(shù)串group_binstr和步驟二中相應(yīng)的校驗碼 二進(jìn)制數(shù)串groupcheck_binstr，合并成鏈接二進(jìn)制數(shù)串mergegroup_binstr={group_ binstr，groupcheck_binstr}；
[0023] 2)根據(jù)鏈接二進(jìn)制數(shù)串mergegroup_binstr，將所有字符分組鏈接二進(jìn)制數(shù)串 mergegroup_binstr合并，生成合并二進(jìn)制數(shù)串merge_binstr=Emergegroup_binstr;
[0024] 3)根據(jù)合并二進(jìn)制數(shù)串merge_binstr，利用哈希函數(shù)F(merge_binstr)生成16 位水印信息二進(jìn)制數(shù)串wminfo_binstr;
[0025] 四、字符轉(zhuǎn)換步驟如下：
[0026] 1)根據(jù)步驟三中合并二進(jìn)制數(shù)串merge_binstr和步驟三中水印信息二進(jìn)制數(shù)串 wminfo_binstr，合并成數(shù)據(jù)二進(jìn)制數(shù)串data_binstr={merge_binstr，wminfo_binstr};
[0027] 2)根據(jù)數(shù)據(jù)二進(jìn)制數(shù)串data_binstr，以在其尾部補足{8-strlen(data_binstr) M0D8}個1的方式，生成安全二進(jìn)制數(shù)串security_binstr;
[0028] 3)根據(jù)安全二進(jìn)制數(shù)串security_binstr，以每8位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為1個無符號 字符方式，生成安全字符串security_uchar;
[0029] 五、數(shù)據(jù)分離步驟如下：
[0030] 1)基站節(jié)點接收每個源節(jié)點發(fā)送的安全字符串，將其轉(zhuǎn)換為接收二進(jìn)制數(shù)串 receive_binstr;
[0031] 2)根據(jù)接收二進(jìn)制數(shù)串receivejDinstr，利用數(shù)據(jù)分離算法，可得分離字符二進(jìn) 制數(shù)串sepchar_binstr，分離重要程度二進(jìn)制數(shù)串sepimport_binstr，分離校驗碼二進(jìn)制 數(shù)串sepcheck_binstr及分離水印信息二進(jìn)制數(shù)串sepwminfo_binstr。其中數(shù)據(jù)分離算法 如下：
[0032]
[0033]
[0034] 3)根據(jù)分離字符二進(jìn)制數(shù)串sepchar_binstr，分離重要程度二進(jìn)制數(shù)串 sepimport_binstr和分離校驗碼二進(jìn)制數(shù)串sepcheck_binstr，合并成分離數(shù)據(jù)二進(jìn)制數(shù) 串sepdata_binstr;
[0035] 4)根據(jù)分離數(shù)據(jù)二進(jìn)制數(shù)串sepdata_binstr，利用哈希函數(shù)F(sepdata_binstr) 生成16位數(shù)據(jù)水印二進(jìn)制數(shù)串datawminfo_binstr;
[0036] 六、數(shù)據(jù)校驗步驟如下：
[0037] 1)根據(jù)步驟五中數(shù)據(jù)水印二進(jìn)制數(shù)串datawminfo_binstr和據(jù)步驟五中分離水 印信息二進(jìn)制數(shù)串sepwminfo_binstr進(jìn)行對比驗證，若完全相同，則接收數(shù)據(jù)可靠無誤， 否則接收數(shù)據(jù)不可靠有誤；
[0038] 2)若接收數(shù)據(jù)無誤，則根據(jù)步驟五中分離字符二進(jìn)制數(shù)串sepchar_binstr，以在 每7位之前添加1位0的方式還原字符ASCII碼，并由此還原