基于贪婪随机游动的WSN移动基站位置隐私研究.pdf

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1、⋯⋯⋯一⋯⋯～衙磐基于贪婪随机游动的WSN移动基站位置隐私研究张强波，姚剑波(1遵义市公共资源交易中心贵州遵义563000；2遵义师范学院计算机科学系贵州遵义563000)【摘要】随着无线传感器网络的广泛应用，隐私成为无线传感器网络成功应用的主要障碍。当无线传感器网络应用于战场，基站位置隐私成为关键问题。如果基站位置暴露，后果不堪设想。为了克服随机数据采集方案具有的消息发送时间较长的缺陷，提出了贪婪随机游动方案。在贪婪随机游动方案中，数据随机选择路径转发并存储在所经过的节点中，而移动基站以贪婪游动的方式在网络覆盖区域内移动并采集数据。与随机数据方案相比，贪婪游动方案在提高安全性的

2、同时，减少了数据发送时间。【关键词】无线传感器网络；移动基站；位置隐私；随机数据采集；贪婪随机游动0引言2随机数据采集方案的缺陷无线传感器网络广泛用于收集信息，其应用领域已覆盖国假设传感器网络的Ⅳ个节点被安置在一个二维整数栅格防军事、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾等诸内，唯一基站的初始位置为(O，0)，且等概率地随机选择东、南、多领域。当人参与到无线传感器网络内，隐私成为无线传感器西、北方向移动。由于每一跳是一个独立的随机变量置，那么在网络成功应用的主要障碍【l1。经过跳后，基站的位置由下式给出在无线传感器网络中，隐私被分为三类：内容隐私、身份隐柚l2+．．。^私

3、、位置隐私。如果敌手能够确定通信的含义，就存在内容隐私根据中心极限定理，D^，．／一收敛为一个均值为O=威胁；如果敌手能够演绎出参与通信的实体身份，那就存在身us：~(0，0)，协方差矩阵为(1／2)I的二元高斯分布，其结果为D～份隐私威胁；如果敌手能够确定通信实体的位置，就存在位置威胁[21。N{0，％址，}。设B=B(0，d)是一个中心在(0，0)，半径为d的当无线传感器网络应用于战场，位置隐私是一个重要的安球，在经过随机游动h跳后，基站位置D位于距基站初始位全问题。如果基站位置暴露给敌手，后果不堪设想。敌手被分为两类：节点级(mote—class)和手提电脑级(1ap—置为

4、d内的极限概率为[41class)。节点级敌手仅能探测与之相邻的节点间的通信；手提电1．一脑级敌手能够监听整个网络中的通信[3】。本文只关注节点级敌P(D∈)P蚴手。，为了保护移动基站的位置隐私，提出了基于贪婪随机游动=rdOdrhrc的无线传感器网络移动基站位置隐私方案。在贪婪随机游动方1一dl}案中，数据随机选择路径转发并存储在所经过的传感器节点：根据公式(1)，纯粹的随机游动并不能有效地使基站远离中，而基站以贪婪随机的方式在无线传感器网络覆盖区域内游初始位置。图1显示了随着纯随机游动跳数的增加，基站距其动并采集数据。初始位置的有效跳数的概率分布。1相关工作Ozturk等人引

5、入熊猫一猎人模型(Panda—Huntermode1)形式化无线传感器网络中的位置隐私问题[21。Kamat等人扩充了Ozturk等人的工作，提出了基于泛洪和单路径的幻影路由。幻影路由包含两个阶段，信源发出的分组首先经过一个随机游动，随后通过泛洪或单路径路由转发分组[41。本文中数据随机选择路径转发，基站移动以贪婪随机游动的方式。xi等人提出两路贪婪游动，基站首先开始一个跳的随机游动，然后信源开始一个跳的随机游动。一旦从信源发出的分组到达两条路径的交点，就通过基站初始化建立的路径转发四。本文中基站一直以贪婪游动的方式在整个传感器覆盖区域内移动。Edith等人为保护移动基站的位置隐

6、私，提出了随机数据采集方案。感应数据随机选择路径转发并存储在所经过的节点中，基站随机游动并偶然从其邻居节点中采集数据161。由于单纯的随机游动并不能有效地使基站离开初始位置，本文使用了贪随机游走的跳数婪随机游动。图1移动基站位置分布概率2o15年第6期1福建电脑·103·～煎⋯一堡⋯皇⋯壁UJiANCOMU下张根据公式(1)，在随机游动跳后，基站距其初始位置d案中，基站以随机的方式在传感器扩散的区域内移动并收集数(狄)跳的概率为：据。根据公式(1)，纯粹的随机游动并不能使基站有效地离开其JF)：——e一(d+1)(2)初始位置，那么敌手俘获基站的平均概率将小于1／N。4．2．2能

7、耗根据公式(2)，在随机游动^础跳后，基站距其初始位置贪婪随机游动和随机数据采集方案的能耗都决定于转发础跳的概率为：存储数据的传感节点数。如果转发存储数据的传感节点数相P=e一。(3)同，那么两者的能耗相同。图2显示了基站随机游动10跳时，基站距其初始位置的4．2．3消息发送时间概率。消息发送时间是消息从信源发出到被基站接收的时问。图3比较了贪婪随机游动和随机数据采集方案中基站采集到数据的平均概率。倌宿距其初始位置的跳数图2移动基站位置概率3贪婪随机游动贪婪随机游动的提出是为了克