本發(fā)明屬于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特別涉及一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于分支匯合能量收集傳感器網(wǎng)絡(luò)源位置隱私保護(hù)的方法。

背景技術(shù)：

能量收集無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是指網(wǎng)絡(luò)中存在的節(jié)點(diǎn)能夠通過(guò)周?chē)沫h(huán)境(如太陽(yáng)能、風(fēng)能、熱能等)實(shí)現(xiàn)能量收集與補(bǔ)充的網(wǎng)絡(luò)，由于其能量可再生，因此可以將其運(yùn)用到無(wú)人操作的重要復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。安全問(wèn)題向來(lái)是傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一，而其中一個(gè)重要的安全問(wèn)題就是源節(jié)點(diǎn)隱私保護(hù)問(wèn)題，所謂源節(jié)點(diǎn)隱私保護(hù)問(wèn)題就是指在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中將源節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行隱藏，通常事件源產(chǎn)生后，事件源附近的源節(jié)點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)并路由到基站，而事件源往往是潛伏在戰(zhàn)場(chǎng)的戰(zhàn)士，執(zhí)行特殊任務(wù)的武警，或者一些珍稀動(dòng)物，如果攻擊者能夠通過(guò)無(wú)線定位跟蹤技術(shù)獲得源節(jié)點(diǎn)的位置，那么對(duì)于這些源節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)十分危險(xiǎn)，因此隱私保護(hù)問(wèn)題顯得尤為重要。

傳統(tǒng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容就是如何節(jié)省能量而延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命，而在能量收集無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，由于節(jié)點(diǎn)可以從周?chē)h(huán)境中收集能量(如太陽(yáng)能，風(fēng)能等綠色能源)，其收集的能量存儲(chǔ)到電池中，因此，即使在某一時(shí)刻電池的能量消耗完而使節(jié)點(diǎn)失效時(shí)，這種失效也可以只是暫時(shí)的，失效的節(jié)點(diǎn)在能夠收集能量時(shí)，又會(huì)使節(jié)點(diǎn)正常工作。另一方面，節(jié)點(diǎn)的能量收集是不穩(wěn)定的，受多個(gè)方面因素的制約。例如，利用太陽(yáng)能進(jìn)行充電的節(jié)點(diǎn)其能量收集的速度與多少和氣候、環(huán)境等緊密相關(guān)。因而在能量收集無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中能量的有效使用也是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題。

已經(jīng)有相當(dāng)多的源節(jié)點(diǎn)位置隱私保護(hù)研究，總結(jié)為如下幾個(gè)方面：(1)數(shù)據(jù)洪泛方式：網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)無(wú)論事件是否發(fā)生都將周期性的產(chǎn)生數(shù)據(jù)，或填充無(wú)用數(shù)據(jù)，使得所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度相同，并通過(guò)相同的路由方式發(fā)送給基站；(2)幻象路由方法：僅有事件源節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生數(shù)據(jù)，總體采用單一路由路徑路由到基站，這種策略的優(yōu)點(diǎn)是只需要一條路由路徑就可以將事件數(shù)據(jù)傳送到基站，從而相比于洪泛方式策略來(lái)說(shuō)可以節(jié)省大量的能量，但一般來(lái)說(shuō)幻象節(jié)點(diǎn)離源節(jié)點(diǎn)不會(huì)太遠(yuǎn)，因而，攻擊者可以采用其它方法相結(jié)合，還是有可能發(fā)現(xiàn)源目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，并不能保證其安全性。

依據(jù)源位置隱私攻擊中攻擊者的強(qiáng)度又可以分為抵御全局攻擊的源位置隱私保護(hù)策略、抵御局部攻擊的隱私保護(hù)策略?xún)深?lèi)。其中，抵御全局攻擊常采用的方法是采用類(lèi)似于泛洪算法為基礎(chǔ)的一類(lèi)算法，因而極其消耗能量。而值得慶幸的是，一般來(lái)說(shuō)全局攻擊視野的攻擊者較難以做到，它需要極其昂貴的設(shè)備，但采用極其顯眼的設(shè)備又極容易曝露攻擊者自己。因而，在實(shí)際中，往往是具有局部視野的攻擊者對(duì)數(shù)據(jù)源進(jìn)行跟蹤。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于分支匯合能量收集傳感器網(wǎng)絡(luò)源位置隱私保護(hù)的方法，其目的在于，充分利用收集的能量以創(chuàng)建更多的干擾源節(jié)點(diǎn)提高隱私保護(hù)強(qiáng)度，并將事件源產(chǎn)生的數(shù)據(jù)在發(fā)往基站前進(jìn)行匯聚以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。

每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的事件是獨(dú)立且沒(méi)有規(guī)律性的，因此，只有局部視野的攻擊者難以從眾多混雜虛假事件源的節(jié)點(diǎn)中找到真正的事件源，增加干擾源節(jié)點(diǎn)的數(shù)目能夠提升對(duì)攻擊者行動(dòng)造成的影響，達(dá)到提高隱私保護(hù)強(qiáng)度的目的；

在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，距離基站較近區(qū)域需要為更多的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，能量消耗大，將該區(qū)域稱(chēng)為熱區(qū)，在基于分支匯合能量收集傳感器網(wǎng)絡(luò)源位置隱私保護(hù)的方法中，每個(gè)事件源(包括真實(shí)事件源與眾多的虛假事件源)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)并不是獨(dú)立的發(fā)往基站，而是在發(fā)往基站前進(jìn)行匯聚，依據(jù)能量的情況匯聚成1條，或者很少的幾條路由發(fā)往基站，這樣，與每條虛假路由都獨(dú)立發(fā)基站的隱私路由策略相比，采用分支匯合策略的方法大大減少了網(wǎng)絡(luò)熱區(qū)的能量消耗，從而提高了網(wǎng)絡(luò)壽命。

設(shè)能量收集的周期時(shí)間是T(對(duì)于太陽(yáng)能solar energy來(lái)說(shuō)其周期是24小時(shí)),T可以劃分為更小的相等的數(shù)據(jù)發(fā)送周期時(shí)隙(slot)，比如τ。用表示在時(shí)隙j內(nèi)收集到的能量，用表示時(shí)隙j內(nèi)消耗的能量.因此，電池(battery)在時(shí)隙k的剩余能量可以用下式計(jì)算：

其中，E_btr(t)是電池在時(shí)隙t時(shí)的剩余能量，t₀是節(jié)點(diǎn)開(kāi)始的時(shí)隙0。

在本發(fā)明中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)獨(dú)立的產(chǎn)生數(shù)據(jù)，獨(dú)立的按照前一節(jié)給出其的路由算法向基站路由，路由和過(guò)程中匯聚成少數(shù)的幾條到達(dá)基站的匯合路由。因而要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)的選擇一個(gè)時(shí)隙以固定的周期τ作為源節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。因而作為源節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)在每個(gè)周期τ發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包。因此，在一個(gè)時(shí)隙τ內(nèi)需要消耗的能量也是固定的設(shè)為(由于充當(dāng)源數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)，即使轉(zhuǎn)發(fā)其它節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，每個(gè)周期也只會(huì)消耗能量因而節(jié)點(diǎn)在充當(dāng)源節(jié)點(diǎn)時(shí)不需要考慮其轉(zhuǎn)發(fā)其它節(jié)點(diǎn)的能量消耗)。這樣，我們?cè)O(shè)某節(jié)點(diǎn)隨機(jī)的選擇一個(gè)時(shí)隙，表示從此時(shí)隙開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)，那么此時(shí)隙開(kāi)始能夠發(fā)送數(shù)據(jù)的最長(zhǎng)周期數(shù)α就是問(wèn)題的求解。假設(shè)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選擇從第i個(gè)時(shí)隙開(kāi)始，能夠持續(xù)的時(shí)隙數(shù)為α，則能量的分配向量問(wèn)題轉(zhuǎn)化為下式：

在上式中，即在時(shí)間周期T內(nèi)的時(shí)隙個(gè)數(shù)。是節(jié)點(diǎn)的電池最大容量，是在時(shí)隙k時(shí)消耗的能量。由于電池的容量有限，因而在充電的過(guò)程中，超電池的最大容量時(shí)，則不能再補(bǔ)充能量，而當(dāng)電池的剩余能量低于一定閾值(比如0)時(shí)，則不能再消耗能量，而消耗的能量不能大于當(dāng)前電池的能量E_btr(t₀+kτ)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)一旦開(kāi)始充當(dāng)源節(jié)點(diǎn)的時(shí)間段(i..i+ατ)內(nèi)，每一個(gè)時(shí)隙內(nèi)的能量消耗固定為在時(shí)間段(i+ατ+1,nτ)內(nèi)其能量消耗為ω，這段時(shí)間的能量消耗為其承擔(dān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的能量消耗。的條件是指在此能量收集周期T結(jié)束時(shí)，節(jié)點(diǎn)的電池的能量與上一個(gè)能量收集周期未的能量是相等的，即達(dá)到中性能量消耗。

用表示距離當(dāng)前預(yù)測(cè)周期的前第k個(gè)能量收集周期的第i個(gè)時(shí)隙的能量收集量。本文采用綜合前w個(gè)能量收集周期的數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)當(dāng)前能量收集的量，即采用基本歷史信息的估算方法，如下式所示：

式中是衰減函數(shù)，用來(lái)對(duì)發(fā)生在不同時(shí)刻的能量收集量預(yù)估時(shí)進(jìn)行合理的加權(quán),根據(jù)能量收集的特征，當(dāng)前時(shí)隙的收集量與節(jié)點(diǎn)近段時(shí)間的能量收集是密切相關(guān)的。因?yàn)樘?yáng)能收集時(shí)，在夏天時(shí)的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)其太陽(yáng)光照都非常強(qiáng)烈，而在冬于其收集收集保持在低的水平。因此，我們用近段時(shí)間內(nèi)能量的收集情況來(lái)預(yù)測(cè)下某一個(gè)時(shí)隙的能量收集量。我們把離當(dāng)前時(shí)隙最近的w個(gè)周期相同時(shí)隙的能量收集量來(lái)預(yù)測(cè)將來(lái)某一時(shí)隙的能量收集量。很顯然，離當(dāng)前時(shí)隙越近的時(shí)隙權(quán)重越大，因而用過(guò)去歷史能量收集量來(lái)預(yù)測(cè)將來(lái)能量收集量時(shí)，越是近的時(shí)隙給予的權(quán)重越大，因而我們采和的權(quán)重系數(shù)衰減函數(shù)定義為下式：

考慮熱區(qū)節(jié)點(diǎn)的能量消耗，以熱區(qū)能夠承擔(dān)數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)為上限來(lái)確定能夠選取源節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，如果熱區(qū)在一個(gè)能量收集周期內(nèi)能夠承擔(dān)的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)為m,而每一個(gè)源節(jié)點(diǎn)發(fā)起路由后持續(xù)的時(shí)間為t個(gè)時(shí)隙，發(fā)送數(shù)據(jù)包的周期長(zhǎng)度τ(即時(shí)隙長(zhǎng)度)，則能夠選取的源節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為下式：

其次，需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)到達(dá)基站的真實(shí)跳數(shù)找尋在基于分支匯合能量收集傳感器網(wǎng)絡(luò)源位置隱私保護(hù)的方法中節(jié)點(diǎn)到基站的路由跳數(shù)，該過(guò)程分為獲得每個(gè)節(jié)點(diǎn)到達(dá)基站真實(shí)跳數(shù)和形成點(diǎn)到達(dá)基站路由跳數(shù)兩個(gè)階段。

第一階段：獲得每個(gè)節(jié)點(diǎn)到達(dá)基站真實(shí)跳數(shù)?；驹O(shè)置自己到達(dá)基站的跳數(shù)為0(v₀.h₁＝0，用v₀表基站，其屬性h₁表示其到達(dá)基站的真實(shí)跳數(shù))，其它所有節(jié)點(diǎn)設(shè)置自己到達(dá)基站的跳數(shù)為無(wú)窮大。首先由基站發(fā)起，向外廣播其到達(dá)基站的跳數(shù)為0，設(shè)廣播包(B)的信息中包含跳數(shù)的信息域?yàn)閔_m，然后，接收到信息包的節(jié)點(diǎn)比如v_i根據(jù)下式比較的結(jié)果來(lái)更新自己到達(dá)基站的跳數(shù)：

v_i.h₁<B.h_m+1

如果上式成立，則更新節(jié)點(diǎn)v_i更新自己到達(dá)基站的跳數(shù)，如下式：

v_i.h₁＝B.h_m+1

否則，節(jié)點(diǎn)v_i不需要任何動(dòng)作；如果節(jié)點(diǎn)v_i更新了自己到達(dá)基站的跳數(shù)，則將自己到達(dá)基站的跳數(shù)放置到廣播包中向外廣播。以上過(guò)程重復(fù)下去。直到所有節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)不再更新，或者經(jīng)過(guò)預(yù)定的更新時(shí)間為止。

第二階段：形成節(jié)點(diǎn)到達(dá)基站的路由跳數(shù)。用v_i.h₂來(lái)表示節(jié)點(diǎn)v_i到達(dá)基站的路由跳數(shù)是h₂，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)到達(dá)基站的跳數(shù)確定后，設(shè)置每個(gè)節(jié)點(diǎn)到達(dá)基站的路由跳數(shù)v_i.h₂＝v_i.h₁。在隨后的路由過(guò)程中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是選擇距離自己最近的路由跳數(shù)向基站路由。但是與以往路由不同的是，每個(gè)節(jié)點(diǎn)選擇最短路由路徑后，就將自己到達(dá)基站的路由跳數(shù)設(shè)置為0，即v_i.h₂＝0。然后，每個(gè)設(shè)置后的節(jié)點(diǎn)采用與獲得h₁類(lèi)似的方法來(lái)更新h₂。通過(guò)以上過(guò)程最終形成節(jié)點(diǎn)到達(dá)基站的路由跳數(shù)。

數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中下一跳節(jié)點(diǎn)的選擇需要考慮如下三個(gè)方面的因素：節(jié)點(diǎn)的剩余能量、節(jié)點(diǎn)的能量收集能力和節(jié)點(diǎn)當(dāng)前處理數(shù)據(jù)的情況。節(jié)點(diǎn)的剩余能量越多，應(yīng)該有更多有概率被選擇為路由的下一跳。選擇下一跳時(shí)還應(yīng)該選擇能量收集率大的節(jié)點(diǎn)，特別是節(jié)點(diǎn)的能量收集速度遠(yuǎn)大于數(shù)據(jù)發(fā)送的能量消耗時(shí)，這時(shí)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)對(duì)其能量的影響甚小，因而具有更大的優(yōu)先被選擇概率。在選擇路由時(shí)，如果有剩余能量相等的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)已經(jīng)完成其數(shù)據(jù)發(fā)送周期的操作，而另一個(gè)節(jié)點(diǎn)還沒(méi)有進(jìn)行其數(shù)據(jù)發(fā)送的操作，在這種情況下，顯然，已經(jīng)完成數(shù)據(jù)操作的節(jié)點(diǎn)因?yàn)樵诤罄m(xù)的操作中不需要再在數(shù)據(jù)發(fā)送上消耗能量，因而選擇其作為下一跳節(jié)點(diǎn)具有更高的優(yōu)勢(shì)。

數(shù)據(jù)在發(fā)往基站前需要將多條路由匯合成一條或很少的k條路由，當(dāng)基站決定將到達(dá)基站的條數(shù)確定為k時(shí)，基站在其一跳范圍內(nèi)選擇k個(gè)節(jié)點(diǎn)具有轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的功能，這此節(jié)點(diǎn)設(shè)置自己到達(dá)基站的跳數(shù)為1，而其它一跳范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)則將自己到達(dá)基站的距離變?yōu)闊o(wú)限大，這樣，一跳范圍內(nèi)僅有k個(gè)節(jié)點(diǎn)向外廣播自己到達(dá)基站的距離為1，經(jīng)過(guò)類(lèi)似于上述兩個(gè)階段的方法從而形成最多有k條到達(dá)基站的匯合路由。

利用分支匯合方法能夠極大的改善網(wǎng)絡(luò)壽命。數(shù)據(jù)在發(fā)往基站前將多條路由匯合成一條或很少的幾條路由，這是因?yàn)樵诰W(wǎng)絡(luò)中真實(shí)的源數(shù)據(jù)是非常少，通常只有1個(gè)或者少數(shù)的幾個(gè)，甚至沒(méi)有事件產(chǎn)生，因而只需要將真實(shí)的源數(shù)據(jù)發(fā)送到基站，而其它虛假的數(shù)據(jù)則無(wú)需發(fā)送，因此，在基于分支匯合能量收集傳感器網(wǎng)絡(luò)源位置隱私保護(hù)的方法中，節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)包后并不是立即向前傳送，而是每個(gè)節(jié)點(diǎn)等待一個(gè)固定的周期后再向前發(fā)送，對(duì)于多個(gè)真實(shí)數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，則采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)融合成一個(gè)數(shù)據(jù)包，可見(jiàn)選取的虛假事件源的數(shù)據(jù)與發(fā)往基站的路由條數(shù)關(guān)系并不是一一對(duì)應(yīng)的，眾多的虛假源節(jié)點(diǎn)中對(duì)應(yīng)一條到達(dá)基站的路由，若網(wǎng)絡(luò)中最后匯聚出k條最終發(fā)往基站的路由，則熱區(qū)的能量消耗僅為已有策略能量消耗的1/k。

綜上所述，本發(fā)明采用的基于分支匯合能量收集傳感器網(wǎng)絡(luò)源位置隱私保護(hù)的方法通過(guò)預(yù)測(cè)能量收集周期內(nèi)能夠收集的能量能夠盡可能創(chuàng)建更多的干擾源節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)隱私保護(hù)的最大化。在距離基站較遠(yuǎn)的區(qū)域有大量的路由分支，同時(shí)具有豐富的能量，分支匯合的隱私保護(hù)路由方法使路由在到達(dá)基站前匯合成很少的幾條路由，從而減輕了傳感器網(wǎng)絡(luò)中熱區(qū)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的傳輸負(fù)擔(dān)，在提高網(wǎng)絡(luò)隱私保護(hù)強(qiáng)度的同時(shí)也使得網(wǎng)絡(luò)的能量利用率得到顯著的提高。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明方法的總體結(jié)構(gòu)圖；

圖2為在本發(fā)明所述方法下，能量收集預(yù)測(cè)值與實(shí)際能量值示意圖；

圖3為不同隱私保護(hù)方法下路由長(zhǎng)度的對(duì)比圖；

圖4為本發(fā)明方法與幻象路由方法路由長(zhǎng)度的比值對(duì)比示意圖；

圖5為不同數(shù)據(jù)發(fā)送頻率下本發(fā)明方法的路徑長(zhǎng)度情況；

圖6為不同節(jié)點(diǎn)密度下本發(fā)明方法的路徑長(zhǎng)度情況；

圖7為在不同隱私保護(hù)策略下的能量消耗情況示意圖；

圖8為不同節(jié)點(diǎn)密度下網(wǎng)絡(luò)的總能量消耗情況示意圖；

圖9為本發(fā)明方法與幻象路由方法在不同數(shù)據(jù)包發(fā)送時(shí)隙下的路由路徑總長(zhǎng)度的情況；

圖10為本發(fā)明方法與幻象路由方法在不同節(jié)點(diǎn)密度下的路由路徑總長(zhǎng)度的情況。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合實(shí)例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。

一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于分支匯合能量收集傳感器網(wǎng)絡(luò)源位置隱私保護(hù)的方法，如圖1所示，在增加干擾源節(jié)點(diǎn)數(shù)目實(shí)現(xiàn)隱私保護(hù)最大化的同時(shí)，使路由在到達(dá)基站前匯合成很少的幾條路由，從而減輕了傳感器網(wǎng)絡(luò)中熱區(qū)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的傳輸負(fù)擔(dān)，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命；

每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的事件是獨(dú)立且沒(méi)有規(guī)律性的，因此，只有局部視野的攻擊者難以從眾多混雜虛假事件源的節(jié)點(diǎn)中找到真正的事件源，增加干擾源節(jié)點(diǎn)的數(shù)目能夠提升對(duì)攻擊者行動(dòng)造成的影響，達(dá)到提高隱私保護(hù)強(qiáng)度的目的；

在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，距離基站較近區(qū)域需要為更多的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，能量消耗大，將該區(qū)域稱(chēng)為熱區(qū)，在基于分支匯合能量收集傳感器網(wǎng)絡(luò)源位置隱私保護(hù)的方法中，每個(gè)事件源(包括真實(shí)事件源與眾多的虛假事件源)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)并不是獨(dú)立的發(fā)往基站，而是在發(fā)往基站前進(jìn)行匯聚，依據(jù)能量的情況匯聚成1條，或者很少的幾條路由發(fā)往基站，這樣，與每條虛假路由都獨(dú)立發(fā)基站的隱私路由策略相比，采用分支匯合策略的方法大大減少了網(wǎng)絡(luò)熱區(qū)的能量消耗，從而提高了網(wǎng)絡(luò)壽命。

圖1中整個(gè)圓形網(wǎng)絡(luò)內(nèi)分布有若干傳感器節(jié)點(diǎn)，其中黑色實(shí)心圓圈表示基站，負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，其他節(jié)點(diǎn)則為普通傳感器節(jié)點(diǎn)，圓圈內(nèi)的數(shù)字為節(jié)點(diǎn)到達(dá)基站的路由跳數(shù)。圖1的形成分為兩步。首先，需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)到達(dá)基站的真實(shí)跳數(shù)找尋在基于分支匯合能量收集傳感器網(wǎng)絡(luò)源位置隱私保護(hù)的方法中節(jié)點(diǎn)到基站的路由跳數(shù)，該過(guò)程分為獲得每個(gè)節(jié)點(diǎn)到達(dá)基站真實(shí)跳數(shù)和形成點(diǎn)到達(dá)基站路由跳數(shù)兩個(gè)階段。該過(guò)程已在之前進(jìn)行了詳述。通過(guò)這兩個(gè)階段能夠得到節(jié)點(diǎn)到達(dá)基站的路由跳數(shù)，也就是圖1中每個(gè)節(jié)點(diǎn)上標(biāo)出的數(shù)字。第二步則是路由匯合階段，基站在其一跳范圍內(nèi)選擇k個(gè)具有轉(zhuǎn)發(fā)功能的節(jié)點(diǎn)，這此節(jié)點(diǎn)設(shè)置自己到達(dá)基站的跳數(shù)為1，而其它一跳范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)則將自己到達(dá)基站的距離變?yōu)闊o(wú)限大，經(jīng)過(guò)類(lèi)似于前兩個(gè)階段的方法從而形成最多有條到達(dá)基站的匯合路由。最后形成的基于分支匯合能量收集傳感器網(wǎng)絡(luò)源位置隱私保護(hù)的方法如圖1所示，圖中節(jié)點(diǎn)中的∞表示基站指定這些節(jié)點(diǎn)不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。

圖2中的圓點(diǎn)線曲線表示綜合前w個(gè)能量收集周期的數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)當(dāng)前能量收集的量所計(jì)算出的預(yù)測(cè)值。下三角線表示是實(shí)際的值?？梢?jiàn)預(yù)測(cè)值與實(shí)際值還有一定的差距。這種差距離產(chǎn)生的原因是：由于太陽(yáng)能收集與天氣情況密切相關(guān)，因此，在預(yù)測(cè)值的數(shù)量級(jí)上來(lái)看是與前幾個(gè)周期密切相關(guān)，但是更多的是與當(dāng)前周期的能量收集情況關(guān)系更密切。

圖3給出了不同隱私保護(hù)策略下路由長(zhǎng)度的對(duì)比。對(duì)比的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景如下：網(wǎng)絡(luò)半徑＝500m,節(jié)點(diǎn)密度為0.002個(gè)/m2。節(jié)點(diǎn)在一個(gè)能量收集周期(24小時(shí))的能量能夠提供節(jié)點(diǎn)發(fā)送200到600個(gè)數(shù)據(jù)包(用表示)，數(shù)據(jù)的發(fā)送周期為5分鐘，即在一個(gè)能量收集周期內(nèi)共有時(shí)隙的個(gè)數(shù)為24*60/5＝288個(gè)。圖4給出了本發(fā)明方法與幻象路由方法路由長(zhǎng)度的比值情況。從圖3與圖4的分析結(jié)果可以看出本發(fā)明方法的路由長(zhǎng)度是幻象路由方法長(zhǎng)度的3.2到9.8倍，實(shí)際上意味著隱私保護(hù)能力也提高了3.2到9.8倍。可見(jiàn)本發(fā)明方法具有較好的安全性。

圖5給出了在不同數(shù)據(jù)發(fā)送頻率下本發(fā)明方法的路徑長(zhǎng)度情況。從圖5可以看出，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送的時(shí)隙從從小變大時(shí)，就意味著在源節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)一定的情況下，在一個(gè)能量收集周期內(nèi)發(fā)送的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)變少，從而所消耗的能量減少。而收集的能量不變，因而可以增加源節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，增加源節(jié)點(diǎn)的數(shù)量意味著同量有更多的源節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生數(shù)據(jù)，從而更能夠迷惑攻擊者，增強(qiáng)源位置隱私保護(hù)能力。而增加源節(jié)點(diǎn)數(shù)量就意味著增加了路徑長(zhǎng)度，路由路徑長(zhǎng)度增加，意味著安全性增加。

圖6給出了不同節(jié)點(diǎn)密度下本發(fā)明方法的路徑長(zhǎng)度情況。從圖6可以看出，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)密度增大時(shí)，則網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量增大，從而能夠收集的能量增大。從而有更多的能量來(lái)創(chuàng)建更多的虛假源節(jié)點(diǎn)。因而其路徑長(zhǎng)度也增大，意味著隱私保護(hù)能力增強(qiáng)。

圖7給出的給出在不同隱私保護(hù)策略下的能量消耗情況。從圖7可以看出，本發(fā)明方法使得網(wǎng)絡(luò)不同區(qū)域的能量消耗基本均衡(從理論上來(lái)看，本發(fā)明方法應(yīng)該可以做到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)均衡，但由于實(shí)驗(yàn)中，節(jié)點(diǎn)是隨機(jī)分布的，事件也是隨機(jī)產(chǎn)生的，因而能量消耗并不是很均衡，還是存在熱區(qū)能量消耗高，而非熱區(qū)能量消耗低的情況)。而在幻象路由方法下，距離基站越近，能量消耗越高，而隨著距離基站越遠(yuǎn)，其能量消耗快速下降。

圖8給出的是在不同節(jié)點(diǎn)密度下網(wǎng)絡(luò)的總能量消耗情況。從圖8可以看出，隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)密度的增大，因而在一個(gè)能量收集周期內(nèi)總的能夠收集的能量增多，而本發(fā)明方法目標(biāo)是充分利用網(wǎng)絡(luò)收集的能量，因而隨著節(jié)點(diǎn)密度的增加，網(wǎng)絡(luò)的總能量消耗增加。

圖9與圖10給出了本發(fā)明方法與幻象路由方法在不同數(shù)據(jù)包發(fā)送時(shí)隙，不同節(jié)點(diǎn)密度下的路由路徑總長(zhǎng)度的情況。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出本文的本發(fā)明方法比幻象路由方法的總路徑長(zhǎng)度長(zhǎng)7.8倍以上。路徑長(zhǎng)意味著隱私保護(hù)的安全強(qiáng)度增強(qiáng)。因?yàn)樵诒景l(fā)明方法中路由形成一棵樹(shù)形的路由結(jié)構(gòu)，樹(shù)中的每一個(gè)分支路由都有可能是真實(shí)分支路由，也有可能是虛假的干擾分支路由，但攻擊者不能區(qū)分，因而攻擊者只能采用窮盡搜索方法進(jìn)行攻擊，試探性的對(duì)分支路由進(jìn)行攻擊，因而其路徑長(zhǎng)度就與安全性是正比的，因而長(zhǎng)的路徑長(zhǎng)度意味著高的安全性，因?yàn)楸景l(fā)明方法充分利用了網(wǎng)絡(luò)能量收集的能量，其總路由長(zhǎng)度是幻象路由方法長(zhǎng)度的7.8倍，因而其安全性遠(yuǎn)高于幻象路由方法。

綜上所述，本發(fā)明所述方法通過(guò)對(duì)干擾源節(jié)點(diǎn)的設(shè)置能夠提升總路由長(zhǎng)度，從而極大的提高了網(wǎng)絡(luò)隱私保護(hù)強(qiáng)度，同時(shí)，利用分支匯合方法使得熱區(qū)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的傳輸負(fù)擔(dān)降低，從而節(jié)約能量消耗達(dá)到延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命的目的。