进行数据融合操作
其中 DatareAggregated为隐私保护数据的再融合值，NrP为该簇头节点收到的隐私保护融合数据包的 数目。此次簇间数据融合操作使得汇聚节点能从最终收到的隐私保护信息中提取感测信息 的全局最大值或者全局最小值，极大地降低了网络中传输的数据包的数目和长度。如图3所 示，同一路由链路上包含了Ξ个簇的簇头节点，距离汇聚节点最远的簇头节点1将其簇内的 隐私保护融合数据1发送给簇头节点2。在簇头节点2处，两个簇的隐私保护融合数据进行进 一步数据融合，融合后的消息含有两个簇内所有消息的最大值消息。W此类推，汇聚节点最 终收到的某条路由链路发来的隐私保护融合信息就包含了该条链路上所有簇中的节点的 感测消息的最大值。此外，隐私保护融合数据的簇间传输，可W依靠 S1中建立的网络梯度拓 扑结构，由梯度值最高的最外层簇头节点，经过其他低梯度值的簇头节点的中继，传输至梯 度值最低的汇聚节点。在簇间隐私保护数据融合过程中，每个簇头节点并不知道自己的W 及其他簇头节点发来的簇内隐私保护融合数据的具体内容，而仅仅对隐私保护融合数据进 行简单地再融合操作，因此网络中感测数据的隐私性得到了有效的保障。
[0049] S4,汇聚节点处融合值恢复
[0050] 当汇聚节点收到其邻居区域内的簇头节点发来的隐私保护数据后，将运些数据进行 融合并提取全局真实位置集合GTPS相应位置上的数据，取其最大值或者最小值，便能获得整 个网络的感测数据融合信息。如图4所示，因为全局真实位置集合GTPS是由汇聚节点在S2阶段 确定的，汇聚节点才能通过扫描全局隐私保护数据融合消息
中全局真实位置集合GTPS所示的位置，恢复出整个网络的感测信息的最大值，从而完成整 个隐私保护数据融合过程，其中化taglDbal为隐私保护数据的全局融合值，Nciuster为网络中 簇的总个数。而且，只有汇聚节点才知道全局真实位置集合GTPS的准确信息，其他节点在S2 阶段仅仅获取了汇聚节点针对单个节点分配的节点隐私位置集合NPPS和节点真实位置集 合NTPS。因此，其他节点或者攻击者，即使截获了所有的隐私保护融合数据，由于他们不知 道全局真实位置集合GTPS，也无法提取出受到隐私保护的感测数据的全局融合值。
【主权项】
1. 一种分簇的非加密式隐私保护数据融合方法，其特征在于，包括网络分簇初始化、簇 内隐私保护数据融合、簇间隐私保护数据融合和汇聚节点处融合值恢复四个步骤，具体如 下： Sl网络分簇初始化，汇聚节点在网络中广播梯度建立信息GE,各传感器节点根据接收 到的梯度建立信息GE确定自己与汇聚节点之间的梯度值;确定各个不同梯度值的传感器节 点被选举为簇头节点的概率，通过竞争机制选举簇头节点，其他传感器节点发送加入请求 消息成为簇成员节点或者成为该簇的备用簇头节点，完成整个网络的分簇梯度拓扑结构的 构建； S2簇内隐私保护数据融合，汇聚节点向网络中各簇成员节点、备用簇头节点和簇头节 点发送隐私保护数据配置信息;各节点根据从汇聚节点处收到的所述隐私保护数据配置信 息，对自己的感测数据进行伪装数据填充，并将隐私保护数据从簇成员节点发送给簇头节 点，在簇头节点处进行簇内的数据融合操作； S3簇间隐私保护数据融合，在簇头节点完成簇内数据融合操作W后，将隐私保护融合 数据包发送给距离汇聚节点更近的中继簇头节点；中继簇头节点将收到的隐私保护融合数 据包与当前簇内的隐私保护融合数据包进行进一步的最大值或最小值融合，并转发至下一 跳中继簇头节点，最终将其转发至汇聚节点处； S4汇聚节点处融合值恢复，汇聚节点将其邻居节点发来的隐私保护融合数据进行再融 合，得到含有感测信息的全局融合值的隐私保护消息；扫描全局真实位置集合GTPS所示的 位置，恢复出感测信息的全局融合值，从而完成整个隐私保护数据的融合过程。2. 根据权利要求1所述一种分簇的非加密式隐私保护数据融合方法，其特征在于:步骤 Sl中还包括根据不同梯度簇头节点能耗与簇成员节点能耗的比值，确定每个簇头节点所需 要的备用簇头节点的数目。3. 根据权利要求2所述一种分簇的非加密式隐私保护数据融合方法，其特征在于:所述 每个簇头节点所需要的备用簇头节点的数目馬C%由W下公式决定，其中，CS表示簇大小，即簇内节点数目，i为梯度值，ECrx表示每字节数据的接收功率放 大器能耗，ECda表示每字节数据的融合功率放大器能耗，ECtx表示每字节数据的发送功率放 大器能耗，ECamp表示每字节数据的传输功率放大器能耗，d为传输距离，a为传输损耗指数， 且a > 2。4. 根据权利要求1所述一种分簇的非加密式隐私保护数据融合方法，其特征在于:所述 各个不同梯度值的传感器节点被选举为簇头节点的概率瑞^如下，'式中，CS表示簇大小，Wsch,表示簇头节点所需要的备用簇头节点 的数目。5. 根据权利要求1所述一种分簇的非加密式隐私保护数据融合方法，其特征在于:所述 隐私保护数据配置信息包括汇聚节点根据每个簇的大小，确定全局真实位置集合GTPS;根 据隐私保护性能的需求，确定每个簇成员节点、备用簇头节点或簇头节点的数据索引集I的 大小，进而为每个簇成员节点、备用簇头节点或簇头节点分配独立的节点隐私位置集合 NPPS和节点真实位置集合NTPS，其中GT锁C W巧谋c /。6. 根据权利要求5所述一种分簇的非加密式隐私保护数据融合方法，其特征在于:对于 最大值或最小值数据融合而言，有IntpsI=I且U 'WTS =6TfjSs每个节点根据收到的 i=U--,CS NPPS与NTPS消息定制自己的隐私保护数据消息，包含受限制伪装数据填充位置为RCPS = NPPS-NTPS，非受限伪装数据填充位置为NRCPS = NPPS。7. 根据权利要求1所述一种分簇的非加密式隐私保护数据融合方法，其特征在于:所述在 簇头节点处进行簇内的数据融合操作包括直接对簇头节点收到所有簇成员节点发来的隐 私保护消息进行最大值或者最小值融合，其中最大值融合为：= U， J=I,.J 其中DataAggregated为隐私保护数据融合值，di功第j个节点的数据索引集位置为i的数据，CS 表示簇大小。
【专利摘要】本发明公开了一种分簇的非加密式隐私保护数据融合方法，涉及无线传感器网络领域。首先在网络中构建梯度拓扑结构，并根据不同梯度簇头节点与簇成员节点能耗的比值，确定每个簇头节点所需要的备用簇头节点的数目；随后实现网络均匀分簇。汇聚节点为每个传感器节点分配独立的隐私保护配置信息，各节点根据该信息对自己的感测数据进行隐私保护定制，并将隐私保护数据发送给簇头节点进行簇内的数据融合操作。中继簇头节点进一步对隐私保护数据包进行数据融合操作并最终转发至汇聚节点处。汇聚节点将收到的数据进行再融合，即可根据隐私保护配置信息恢复出感测信息的全局融合值。计算复杂度低，能量有效性高。
【IPC分类】H04W12/02, H04W84/18, H04W4/00
【公开号】CN105657642
【申请号】
【发明人】吴大鹏, 杨博然, 王汝言, 张鸿, 张炎, 谢金风
【申请人】重庆邮电大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年1月8日