无线传感器网络安全定位跟踪和定量评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明提出了无线传感器网络安全定位跟踪方法和定量评估设计方案，主要设计 实现了基于接收信号强度指示巧SSI)的无线传感器网络多目标识别定位算法，基于多重 身份虚假信息的传感器网络定位攻击技术，实现了无线传感器网络安全定位算法，最后通 过基于系数差异法实现了对传感器安全定位算法的评估，属于安全定位技术领域问题。
【背景技术】
[0002] 随着科学技术的飞速发展，无线通信技术、微机电系统、具有低成本、多功能特点 的传感器网络等，逐渐成为科学研究的焦点。无线传感器网络主要包括W下几种技术：传感 器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和网络通信技术等，传感器网络可W用来实 时监测、采集各种环境和对象信息，并将信息进行处理后传送到所需用户。无线传感器网络 的4点特征如下：
[0003] (1)节点的硬件资源严格受限
[0004] 似网络规模庞大、节点密度高
[000引 做W数据为中屯、
[0006] (4)面向应用
[0007] 无线传感器网络的关键支撑技术涵盖定位技术、时间同步、覆盖部署、拓扑控制、 路由通信、安全技术、数据管理和数据融合等。
[0008] 其中，无线传感器网络定位技术功能强大，主要用于监测事件。对于有些事件，我 们必须知道事件发生的位置，否则监测的信息就会失去意义，比如国防军事领域中目标的 定位，森林火灾位置监测，室内导航提供方位信息等等，运就体现了定位技术的重要性。然 而在目前的定位技术中也会存在安全隐患，比如针对基于测距定位算法的重放攻击、节点 捕获攻击、W及针对非测距定位算法的虫桐攻击等等。因此，安全定位技术的研究会使定位 系统的安全性大大提高，从而保证了定位目标的准确性，提高定位有效性。
[0009] 现如今常用的定位技术有Wi-Fi技术，RFID技术，超宽带技术，Zi浊ee技术等等。 随着无线传感器网络定位系统的飞速发展，许多公司都研发了自己的定位解决方案。比如， 成都昂讯电子研发的基于UWB的高精度定位系统；上海巨江科技研发的基于Zi浊ee技术的 高精度定位系统解决方案；在汽车领域中的四轮定位技术。如今，二维码定位也成为了新的 定位技术。因此，无线传感器网络定位技术会有很好的发展前景。
【发明内容】
[0010] 技术问题：本发明是一种无线传感器网络安全定位跟踪和定量评估方法，本发明 方案实现了多重身份虚假信息的传感器网络定位攻击技术，W及无线传感器网络安全定位 算法设计实现，旨在尽力降低因定位算法技术的安全隐患给网络带来的威胁程度，并且可 W通过系数差异法清晰地比较不同测评参数下加密算法的效率。
[0011] 技术方案：本发明利用Zi浊ee无线定位系统，它采用CC2431忍片。CC2431定位 引擎原理是基于接收信号强度指示巧SSI)的距离定位方法，即利用信号在传播过程中的 衰减估计节点之间的距离，建立无线传感器网络多目标识别定位算法方案。
[0012] 针对现无线传感器网络定位算法存在的安全隐患，考虑到"多重身份虚假信息"运 一点，本设计利用攻击节点在不同的时刻发送给盲节点不同的位置参数，建立基于多重身 份虚假信息的传感器网络定位攻击技术。
[0013] 针对无线传感器网络定位算法的安全性，从数据安全角度出发，本发明建立了一 套有效的无线传感器安全定位算法，来促进无线传感器网络定位算法安全适应能力的提 升，从而提高无线传感器网络定位算法的攻击抵抗能力。
[0014] 通过基于系数差异法实现了对传感器定位算法的评估，从而验证了安全定位算法 的有效性。
[0015] 本发明的无线传感器网络安全定位跟踪和定量评估方法的实现流程如下：
[0016] 步骤1 :基于接收信号强度指示RSSI的无线传感器网络多目标识别定位算法设计 实验，利用CC2431忍片，对参考节点与盲节点准确定位；
[0017] 步骤2 :基于多重身份虚假信息的传感器网络定位攻击技术设计实验，通过设置 攻击节点，伪造一个符合节点命名规则的身份标识id,欺骗其周围的合法节点，从而会干扰 盲节点的准确定位；
[0018] 步骤3:无线传感器网络安全定位跟踪方法设计，从数据安全方面实现，在定位 参考节点将参考节点中的坐标数据进行加密传输，使每一个盲节点都能依次接收到参考节 点的信息回应，并且在盲节点中再次通过解密，将数据包进行解析，读出参考节点发送的X， Y坐标值，并进行计算出自己位置；
[0019] 步骤4:基于变异系数法实现对实现的传感器安全定位方法进行评估，分别采集 正常情况下和定位攻击情况下的位置数据信息、高度差数据信息、天线方向数据信息、替换 攻击节点情况下的位置数据信息，定量评估传感器安全定位方法的性能。
[0020] 其中：
[0021] 步骤4的具体处理方法为：首先数据采用样本：正常情况下的位置数据信息、高度 差攻击情况下的位置数据信息、天线方向攻击情况下的位置数据信息、替换节点攻击情况 下的位置数据信息；其次，对于一组数据曰1，曰2,...，a。，变异系数定义为其标准差与其均值 绝对值之比，正常情况变异系数为V。，高度差攻击的变异系数为Vi,天线方向攻击的变异系 数为V2,替换节点攻击的变异系数为V3,失效率计算公式：
；最后，将原始 数据录入到一个数据库中，导入到计算程序，程序先计算出各个攻击情形下的变异系数，然 后再计算出每种攻击手段下的失效率，最后计算出总失效率。
[0022] 有益效果：本发明方案实现了多重身份虚假信息的传感器网络定位攻击技术，W 及无线传感器网络安全定位算法设计实现，旨在尽力降低因定位算法技术的安全隐患给网 络带来的威胁程度，并且可W通过系数差异法清晰地比较不同测评参数下加密算法的效 率。
[0023] 本次评估采用的样本为：正常情况下的位置数据信息、参考节点高度差数据信息、 天线方向、虚假节点坐标。假设正常情况变异系数为V0,高度差的变异系数为VI，天线方向 的变异系数为V2,虚假节点坐标的变异系数为V3。
[0024]失效率n=I-(VO/Vl) * (V0/V2) * (V0/V3)
[00巧]其中单一攻击情况的失效率为m=I-(VOAi)(i= 1，2, 3)
[0026] 定位攻击失效率计算结果如图4,加密后不同状态盲节点定位时间对比如图5。
[0027] 由图4计算程序可W看出，在参考节点高度差，天线方向，虚假节点坐标=种攻击 手段全部奏效的情况下，出现无线攻击的综合失效率会达到93. 5%，由此说明当我们将运 =种攻击手段全部失效时，整个系统的安全性将很高。
[0028] 由图5看出，通过测试定位时间，发现加密之前被攻击节点的定位时间与未被攻 击节点的定位时间相差不大；加密之后被攻击节点比未被攻击节点定位时间略长，其平均 失效率大概为13.83%。
【附图说明】
[0029] 图1是传感器定位原理图。表明本发明中基于Zi浊ee的无线传感器网络安全定 位跟踪算法原理。
[0030]图2是基于多重身份虚假信息的传感器网络定位攻击模型。
[0031] 图3是攻击节点攻击原理图。
[0032] 图4是定位攻击失效率计算结果图。
[0033] 图5是加密后不同状态盲节点定位时间对比图。
【具体实施方式】
[0034] 本节描述无线传感器网络安全定位跟踪和定量评估的【具体实施方式】，分成两个主 要的环节。首先是安全定位跟踪的【具体实施方式】：
[0035] 步骤1 :CC2431定位引擎用一个接口简单的函数实现：写入所需要的参数，等待计 算完毕，然后读取计算的结果，运个结果就是盲节点的坐标，定位原理如图1。
[0036] 步骤2:针对无线传感器网络定位算法存在的"多重身份虚假信息"安全隐患，建 立基于多重身份虚假信息的传感器网络定位攻击技术，其攻击模型如图2所示。在未加入 攻击节点时，记录参考节点的定位坐标W及R