无线传感器网络中基于日志与迁移溯源追踪中的不等概率标记方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线网络安全领域，特别设及一种无线传感器网络中基于日志与迁移 溯源追踪中的不等概率标记方法。
【背景技术】
[0002] 无线传感器网络是由大量的彼此之间通过多跳无线链路和通信的传感器节点W 自组织和多跳的方式构成的无线网络，可W广泛的运用到工业监测，农业，民用，环境监测， 战场，海洋，火灾等各种特殊环境与应用中，被认为是未来的重要物联网络的关键基础技术 之一。无线传感器网络的安全问题是一类重要的研究课题。其中溯源追踪问题是无线传感 器网络中保证安全的一种重要机制，其研究具有重要的意义。
[0003] 溯源追踪是保障无线传感器网络安全的一种重要机制。它的原理是在数据包往基 站传送的过程中，通过在数据包中加上路由节点的标识号信息，也就是标记信息。在W后如 果发生的攻击事件，那么系统可W通过运些标记的信息重建立数据包经过的路径，从而可 W确定可能的恶意节点。在数据包标记方法中，最开始的方法是数据包路由路径上的每个 节点都将自己的标识号信息加到数据包中（称为标记数据包）。运种方法的不足是随着数据 包向基站的路由进行，数据包的长度越来越长，当达到基站前时，数据包的长度达到最大长 度。而传感器网络中节点的能量极其有限，而一般不能重新充电。而近基站区域存在热区区 域，因而更加加重了网络的能量消耗，加速了网络的提前死亡。随后的研究对运种方法进行 了改进针对IP网络提出了一种概率标记方法。概率标记方法的改进是每个节点W-定概率 标记经过的数据包，从而可W减少数据包的长度。在现有文献提出的概率标记方法中，每个 节点对每一个经过的数据包都是W相等的概率来标记的，称运种方法为等概率标记方法。
[0004] 随后的研究提出了一种日志结合迁移的方法，在运种方法中，依据无线传器网络 近基站节点承担的数据量与标记量多，而远基站区域节点的存储空间与能量有大量剩余的 情况。当近基站节点日志的标记量较多时，则将标记量迁移到远基站区域，运样即利用了远 基站节点的剩余能量与存储空间。又缓解了近基站区域的存储空间不足，减少了近基站区 域需要传送的标记量。然而该方法中，远基站区域的节点仍然存在大量的剩余能量和存储 空间未被利用，存在一定程度的浪费。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了一种无线传感器网络中基于日志与迁移溯源追踪中的不等概率标 记方法，通过对基站附近节点的标记概率采用与W往策略的相同标记概率，提高远基站区 域节点的标记概率，使得整个网络节点的标记概率增加，总标记量增加，充分利用远基站节 点的能量和空间，从而减少了溯源追踪所需的时间。
[0006] -种无线传感器网络中基于日志与迁移溯源追踪中的不等概率标记方法，在采用 日志与迁移溯源追踪策略的无线传感器网络中，距离基站不同距离处的节点采用不等的标 记概率:近基站区域的节点采用较低标记概率，远基站区域中的节点采用较高标记概率;并 将无线传感器网络分为Ξ个区域，分别热区、缓冲区及富裕区域；
[0007]所述热区是指距离基站为1跳的节点所在的区域，所述缓冲区为距离基站为2-4跳 的节点所在的区域，所述富裕区域是指无线网络传感器中的节点不在热区与缓冲区的节点 所在区域；
[000引位于缓冲区的节点接收到带有标记信息的数据包后，将标记信息存储到节点上， 如果节点的剩余存储空间小于预定的空间时则将标记信息反向迁移到远基站的节点上存 储。
[0009] 所述距离基站不同距离处的节点τι采用不等的标记概率按照W下公式设定：
[0010]
[0011] 其中，τ为无线网络中设定的节点初始标记概率，i表示节点距离基站的跳数，距离 基站跳数为i的节点的标记概率为τι;η表示无线网络中距离基站最远节点的跳数;U表示数 据包中允许携带的最大标记量的个数。
[0012] 所述近基站区域中距离基站跳数为2-4跳区域范围内的节点将标志信息日志在缓 存区，当缓存区空间不够时，节点的标志信息迁移至能量富裕区域的节点，同时将迁移信息 记录在位于缓存区中存储有标志信息的节点上。
[0013] 提前将标志信息存储在缓冲区，减少发送至基站的数据包长度，如果缓冲区空间 不够，则迁移到更远的地方，但是原始保存标记信息的节点存有迁移走的标记信息的标识 号，因而基站向运些节点询问谁有运些标记信息时，节点能够获知现在的标记信息是否发 生迁移W及迁移到哪个节点。
[0014] 在节点迁移标志信息的过程中，节点按照设定的迁移跳数m，向数据路由的反方向 路由m跳后到达的节点，为标志信息和迁移信息的存储节点。
[001引所述迁移跳数m取值为5。
[0016] 如图1所示的路由路径A ζ·; Cl .(5 一知-^ ?τ V中。依据本发明方 法的标记原则，对远基站的富裕区域节点采用高的标记概率，因而在图1中，节点?ι，?，每;采 用高的标记概率，比如1，即运些节点对经过自己的每一个数据包都进行标记。因而，从节点 ?ι:发出的数据包在经过节点如α后，到达节点is时，其标记域的长度为3。当标记信息域长 度达到u = 3时，就进行日志，将标记信息日志到节点各上，当节点烏日志的标记信息量较多 时，节点知就采用迁移的方法，将节点^日志的信息迁移到更远基站的节点?止，如图1所 示。而对于节点:&，来说，运些节点属于缓冲区，因而运些节点承担的数据量远高于富裕 区域节点的数据量，为减少运些节点承担的数据量，因而在本发明的方法中，对此区域的节 点采用较小的标记概率，从而可W减少节点承担的数据量。节点属于热区区域，是整个网 络中能量消耗最大与所需存储容量最大的节点，因而要提高网络寿命与减少节点所需要存 储容量，最重要的是减少节点承担的数据量与存储容量。为减少节点备承担的数据量，在 路由时，数据包经过缓冲区时，将所有的标记信息都日志(或者迁移到富裕区域，沿路由的 反方向路由m跳，然后将标记信息存储到此节点上。如果反向的跳数还不到m跳就到网络的 边缘了的话，就存储到最后的那个节点上。）在缓冲区，从而使得到达热区区域的标记量减 少到最小，从而大大降低热区节点的能量消耗与存储需求，可W大幅度的提高网络性能的 同时，保持很高的跟踪恶意源节点的能力。
[0017]有益效果
[0018] 本发明提供了一种无线传感器网络中基于日志与迁移溯源追踪中的不等概率标 记方法，该方法通过在采用日志与迁移溯源追踪策略的无线传感器网络中，距离基站不同 距离处的节点采用不等的标记概率:近基站区域的节点采用较低标记概率，远基站区域中 的节点采用较高标记概率;在W往策略的基础上进一步提高远基站区域节点的标记概率， 从而可W增大节点被标记的概率，增大系统的总标记量，从而可W提高溯源追踪的安全性 能。在增大标记概率的基础上，不需要增大节点的存储容量，也不会影响网络的寿命。
[0019] 该方法所具有的优点，具体如下：
[0020] (1)首次采用了不等概率标记方法，对比W往溯源追踪策略具有更好的抵御攻击 能力。
[0021] 在远基站区域采用较高的标记概率，从而可W标记更多的路由信息，可W使得受 害节点受到攻击时能够获得更多的标记信息，从而可W在更小的时间内确定攻击者位置， 也就是具有更高的安全性。但仅仅提高标记的概率会导致节点的能量消耗增加，因而在本 文所述方法中，只在远基站区域采用较高的标记概率，而在远基站区域，其存储容量与剩余 能量都比较多，因而即使采用较高的标记概率，也不会损害网络寿命，而较高的标记概率得 到的标志信息可W更早的在远基站区域进行日志与迁移，从而可W充分利用远基站区域的 剩余能量与存储空间。而在近基站区域，我们逐步减少标记概率，而到热区区域时，节点的 能量消耗不高于W往的公平标记概率。从而，即提高了安全性，又没有降低网络寿命。
[0022] (2)采用了就近日志与标记的原则，能够比W往策略更加均衡与充分的利用节点 的存储空间，对比W往策略节点间的存储也更为公平。
[0023] 在W往溯源追踪策略研究中，近基站区域节点需要存储大量的信息.因为在同构 网络中，节点的存储容量需要按最大存储容量来部署，从而使得非热区区域的存储容量剩 余而浪费。因而，本发明所述方法与W往研究一个重要的不同是除了采用不等概率标记方 法外，还采用了对标志信息迁移到远基站区域的方法。在本发明所述方法中，越远基站的区 域，标记概率越大，因而只需要较短的跳数时就可W进行日志与迁移，运样就可W利用了就 近日志与迁移的原则。即在越是远基站的区域，节点的剩余能量与空间越多，因而本发明所 述方法充分利用运一点，在远基站区域采用较高的标记概率，运样就可W充分利用远基站 区域的能量与存储空间就近日志与迁移，进行迁移时，都是短距离的迁移，避免了长距离的 迁移，从而节省的能量，改变了 W往研究中要么远基站区域节点的存储空间得不到充分利 用，或者利用时需要迁移较长的距离从而消耗大量能量的不足，因而使得节点间的存储空 间利用比W往研究更为均衡与充分。
【附图说明】
[0024] 图1为应用本发明所述方法的节点路由示意图；
[0025] 图2为不同方法下节点的标记概率；
[0026] 图3为基本的溯源追踪方法与等概率方法下节点接收、发送与迁移的标记量；
[0027] 图4为等概率方法与本发明方法下节点接收、发送与迁移的标记量；
[0028] 图5为不同策略下发送与接收的总的标记量度；
[0029] 图6为不同发送半径下存储的总标记量；
[0030] 图7为不同网络半径下存储的总标记量；
[0031] 图8为不同发送