CN102547979B - 基于信标校验机制的传感器网络定位方法 - Google Patents

基于信标校验机制的传感器网络定位方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102547979B
CN102547979B CN201210014197.5A CN201210014197A CN102547979B CN 102547979 B CN102547979 B CN 102547979B CN 201210014197 A CN201210014197 A CN 201210014197A CN 102547979 B CN102547979 B CN 102547979B
Authority
CN
China
Prior art keywords
verification
beaconing nodes
beacon
value
nodes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201210014197.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102547979A (zh
Inventor
许力
黄晨钟
孔祥增
叶阿勇
钟进发
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujian Normal University
Original Assignee
Fujian Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujian Normal University filed Critical Fujian Normal University
Priority to CN201210014197.5A priority Critical patent/CN102547979B/zh
Publication of CN102547979A publication Critical patent/CN102547979A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102547979B publication Critical patent/CN102547979B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明提供一种基于信标校验机制的传感器网络定位方法。通过对各信标节点进行安全校验，从而提高算法容忍攻击的能力，该方案可防御恶意信标节点通过虫洞虚增平均单跳校正值，在不隔离受攻击节点的情况下，通过提高容忍攻击的能力来提高定位安全性。

Description

基于信标校验机制的传感器网络定位方法
技术领域
本发明涉及一种基于信标校验机制的传感器网络定位方法。
背景技术
无线传感器网络的定位技术是无线传感器网络的支撑技术之一，节点的位置信息是无线传感器网络应用的前提条件。无线传感器网络在部署之后必须采用一定的定位机制才可解决节点定位问题。如何从定位性能方面优化定位机制的设计，在精度方面上提高定位的效果，同时尽可能适应传感器节点的大规模、低成本、微型化、随机分布、资源受限的特点，是研究定位技术需要解决的一个关键问题。
目前，大部分无线传感器网络定位技术的研究均建立在安全可信的网络环境中。然而，无线传感器网络开放式的网络特点决定了节点定位过程中可能面临着安全威胁。针对节点定位系统的攻击具有明确的针对性，即为了提高破坏力，许多原有攻击被增强并侧重于信标节点和信标报文；同时，攻击手段因系统所采用的定位技术和过程不同而异，种类较多。攻击所产生的无效或错误的定位结果将可能导致严重后果（如错误甚至截然相反的监测结果、网络功能局部或整个瘫痪等等），进而给传感器网络应用，尤其是那些具有重要使命的应用（例如战场监视或商业应用）造成难以估量的重大损失。所以，如何在存在敌对可能的网络环境下对节点进行安全定位，也是无线传感器网络定位技术需要解决的关键问题之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于信标校验机制的传感器网络定位方法，该方法可防御恶意信标节点通过虫洞虚增平均单跳校正值，在不隔离受攻击节点的情况下，通过提高容忍攻击的能力来提高定位安全性。
本发明的按照以下方案实现：一种基于信标校验机制的传感器网络定位方法，其特征在于：包括以下步骤实现：
1）首先，网络中的节点获取自身与其它信标节点最小跳数值，以确定各信标节点向其邻近节点广播分组信息{                                                ,,}，其中、为信标节点i的坐标，为待测节点到信标节点的跳数，初始值为0，邻近节点接收到分组信息后，将跳数增1向其邻节点广播分组信息，通过这种泛洪的方式，网络节点都将获得相关信标节点的分组信息；
2）假设无线传感器网络的信标节点数为n，信标校验机制将信标节点分为1个被校验信标节点其中，i∈1、2、3……n，与n-1个校验信标节点其中，j∈1、2、3……n, j≠i，利用式（1）或式（2）计算得n组n-1个被校验信标节点与校验信标节点之间的平均单跳距离,：
      （1）                   
  或      （2）
其中，i，j为信标节点的标识符，是被校验信标节点与校验信标节点之间的欧氏距离，或 是由步骤（1）计算得到的被校验信标与校验信标之间的跳数值。
每个被校验信标i（i∈1、2、3……n）都映射得n-1个值，n个被校验信标映射得n组n-1个值，信标校验机制利用式（3）将每一组内的值取平均值，得到，
            （3）
其中，i 为一被校验信标节点的标识符，i∈(1、2、3……n)；j为n-1个校验信标节点的标识符，j≠i,j∈(1、2、3……n)；
3）通过计算n组校验信标节点与被校验信标节点之间的值，计算得到n个correction,即网络中每一个信标节点都将一个属于自身的可信度最高的平均单跳校正值correction，与典型的DV-Hop算法类似，未知节点获得3个或3个以上的信标节点的位置信息，通过三边测量法实现自身定位。
附图说明
图1是本发明信标校验机制的算法流程图。
具体实施方式
下面详细叙述本发明的基本原理及实施方式。
信标节点的隐藏信道虫洞可以影响平均单跳的校正值，导致节点的定位精度的下降。本发明通过对各信标节点进行安全校验，从而提高算法容忍攻击的能力。
本发明包括以下步骤实现：
1）首先，网络中的节点获取自身与其它信标节点最小跳数值。各信标节点向其邻近节点广播分组信息{,,}，其中、为信标节点i的坐标，为待测节点到信标节点的跳数，初始值为0。邻近节点接收到分组信息后，将跳数增1向其邻节点广播分组信息。通过这种泛洪（flooding）的方式，网络节点都将获得相关信标节点的分组信息。节点可能接收到来自相同信标节点的多个位置信息，但节点将保留含有最小跳数值的分组信息。由于受攻击的信标节点之间存在虫洞，受攻击信标节点之间的最小跳数值将大幅减少，势必虚增信标节点的平均单跳校正值，影响算法的定位精度。
2）假设无线传感器网络的信标节点数为n，信标校验机制将信标节点分为1个被校验信标节点（i∈1、2、3……n）与n-1个校验信标节点(j∈1、2、3……n, j≠i)。利用式（1）或式（2）计算得n组n-1个被校验信标节点与校验信标节点之间的平均单跳距离,：
      （1）                   
  或      （2）
其中，i，j为信标节点的标识符，是被校验信标节点与校验信标节点之间的欧氏距离，或 是由步骤（1）计算得到的被校验信标与校验信标之间的跳数值。
每个被校验信标i（i∈1、2、3……n）都映射得n-1个值，n个被校验信标映射得n组n-1个值。在每组映射对内，受到隐藏信道攻击的两个信标节点映射的值与不存在隐藏信道的两个信标节点映射的值之间存在较大的差值。信标校验机制利用式（3）将每一组内的值取平均值，得到。
            （3）
其中，i 为一被校验信标节点的标识符，i∈(1、2、3……n)；j为n-1个校验信标节点的标识符，j≠i,j∈(1、2、3……n)。
我们用式（4）来描述每一组内不同值之间的差异率。
          （4）                             
其中，i为一常数，即被校验信标的标识符，i∈(1、2、3……n)，j为校验信标节点的标识符，j≠i,j∈(1、2、3……n),为值所映射的差异率。
校验信标节点j对被校验信标节点i的可信度定义为：
   （5）
由式（5）可知，校验信标节点j对被校验信标节点i的可信度与两者之间的值所映射的差异率成反比例关系。这样每个被校验信标i都将收到n-1个校验信标节点对其的可信度评价，保存在被校验信标节点i的可信值表中。被校验信标节点利用式（6）来确定该信标节点最终的值。
                                       （6）
 其中，，故被校验信标节点i选择校验信标节点j对其最高的可信度评价所映射的非零值作为该被校验信标节点i最终的平均单跳校正值correction。
3）通过计算n组校验信标节点与被校验信标节点之间的值，通过式（3）至（6）得到n个correction,即网络中每一个信标节点都将一个属于自身的可信度最高的平均单跳校正值correction。未知节点获得3个或3个以上的信标节点的位置信息，通过三边测量法实现自身定位。
信标校验机制尽可能避免了信标间通过隐藏信道虫洞攻击虚增节点的平均单跳校正值，使得网络中的未知节点尽可能接收到可信的校正值信息，减少信标间虫洞合谋攻击对定位精度产生的影响。信标校验机制的伪代码如图1所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。 

Claims (2)

1.一种基于信标校验机制的传感器网络定位方法，其特征在于：包括以下步骤实现：
1）首先，网络中的节点获取自身与其它信标节点最小跳数值，以确定各信标节点向其邻近节点广播分组信息{                                                ,,}，其中、为信标节点i的坐标，为待测节点到信标节点的跳数，初始值为0，邻近节点接收到分组信息后，将跳数增1向其邻节点广播分组信息，通过这种泛洪的方式，网络节点都将获得相关信标节点的分组信息；
2）假设无线传感器网络的信标节点数为n，信标校验机制将信标节点分为1个被校验信标节点其中，i∈1、2、3……n，与n-1个校验信标节点其中，j∈1、2、3……n, j≠i，利用式（1）或式（2）计算得n组n-1个被校验信标节点与校验信标节点之间的平均单跳距离,：
      （1）                   
  或      （2）
其中，i，j为信标节点的标识符，是被校验信标节点与校验信标节点之间的欧氏距离，或 是由步骤（1）计算得到的被校验信标与校验信标之间的跳数值；
每个被校验信标i（i∈1、2、3……n）都映射得n-1个值，n个被校验信标映射得n组n-1个值，信标校验机制利用式（3）将每一组内的值取平均值，得到，
            （3）
其中，i 为一被校验信标节点的标识符，i∈(1、2、3……n)；j为n-1个校验信标节点的标识符，j≠i,j∈(1、2、3……n)；
3）通过计算n组校验信标节点与被校验信标节点之间的值，计算得到n个correction,即网络中每一个信标节点都将一个属于自身的可信度最高的平均单跳校正值correction，与DV-Hop算法相同，未知节点获得3个或3个以上的信标节点的位置信息，通过三边测量法实现自身定位。
2.根据权利要求1所述的基于信标校验机制的传感器网络定位方法，其特征在于：所述的平均单跳校正值correction确认方式如下：
用式（4）来描述每一组内不同值之间的差异率；
          （4）                             
其中，i为一常数，即被校验信标的标识符，i∈(1、2、3……n)，j为校验信标节点的标识符，j≠i,j∈(1、2、3……n),为值所映射的差异率，
校验信标节点j对被校验信标节点i的可信度定义为：
                                  （5），为可信度单位，
由式（5）可知，校验信标节点j对被校验信标节点i的可信度与两者之间的值所映射的差异率成反比例关系，这样每个被校验信标i都将收到n-1个校验信标节点对其的可信度评价，保存在被校验信标节点i的可信值表中；被校验信标节点利用式（6）来确定该信标节点最终的值，
                                       （6）
 其中，，故被校验信标节点i选择校验信标节点j对其最高的可信度评价所映射的非零值作为该被校验信标节点i最终的平均单跳校正值correction。
CN201210014197.5A 2012-01-18 2012-01-18 基于信标校验机制的传感器网络定位方法 Active CN102547979B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210014197.5A CN102547979B (zh) 2012-01-18 2012-01-18 基于信标校验机制的传感器网络定位方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210014197.5A CN102547979B (zh) 2012-01-18 2012-01-18 基于信标校验机制的传感器网络定位方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102547979A CN102547979A (zh) 2012-07-04
CN102547979B true CN102547979B (zh) 2014-07-30

Family

ID=46353648

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210014197.5A Active CN102547979B (zh) 2012-01-18 2012-01-18 基于信标校验机制的传感器网络定位方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102547979B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060134526A (ko) * 2005-06-23 2006-12-28 중앙대학교 산학협력단 분산형 비컨 충돌 회피 기법
CN101494570A (zh) * 2009-02-23 2009-07-29 东南大学 基于邻居关系的分布式隐型虫洞检测方法
CN101572960A (zh) * 2009-06-10 2009-11-04 南京邮电大学 无线传感器网络中基于距离和信标节点的定位方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060134526A (ko) * 2005-06-23 2006-12-28 중앙대학교 산학협력단 분산형 비컨 충돌 회피 기법
CN101494570A (zh) * 2009-02-23 2009-07-29 东南大学 基于邻居关系的分布式隐型虫洞检测方法
CN101572960A (zh) * 2009-06-10 2009-11-04 南京邮电大学 无线传感器网络中基于距离和信标节点的定位方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
抵抗恶意信标的安全优化DV-Hop 算法;黄晨钟,许 力,叶阿勇,钟进发;《计 算 机 系 统 应 用》;20110930;第20卷(第9期);132-134 *
黄晨钟,许 力,叶阿勇,钟进发.抵抗恶意信标的安全优化DV-Hop 算法.《计 算 机 系 统 应 用》.2011,第20卷(第9期),132-134.

Also Published As

Publication number Publication date
CN102547979A (zh) 2012-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ssu et al. Detecting Sybil attacks in Wireless Sensor Networks using neighboring information
Liu et al. Attack-resistant location estimation in wireless sensor networks
Yuan et al. Secure APIT localization scheme against sybil attacks in distributed wireless sensor networks
Lazos et al. SeRLoc: Robust localization for wireless sensor networks
Yang et al. Detection and localization of multiple spoofing attackers in wireless networks
Labraoui et al. Secure DV‐Hop localization scheme against wormhole attacks in wireless sensor networks
CN107426212B (zh) 一种认知无线网络中基于代理的入侵检测方法
CN102186171A (zh) 一种抗攻击的可靠无线传感器网络节点定位方法
Sankar Chatterjee et al. Lightweight cloned‐node detection algorithm for efficiently handling SSDF attacks and facilitating secure spectrum allocation in CWSNs
Nagarjun et al. A research on the malicious node detection in wireless sensor network
Ali et al. WSN security mechanisms for CPS
Sei et al. Distributed detection of node replication attacks resilient to many compromised nodes in wireless sensor networks
Yang et al. Detecting sybil attacks inwireless and sensor networks using cluster analysis
Zohourian et al. IoT Zigbee device security: A comprehensive review
Vijayakumar et al. Prevention of multiple spoofing attacks with dynamic MAC address allocation for wireless networks
Durga Devi et al. Malicious node and malicious observer node detection system in MANETs
Sadeghizadeh A lightweight intrusion detection system based on RSSI for sybil attack detection in wireless sensor networks
CN102547979B (zh) 基于信标校验机制的传感器网络定位方法
Karim et al. Fault tolerant, energy efficient and secure clustering scheme for mobile machine‐to‐machine communications
Tang et al. A RSSI-based cooperative anomaly detection scheme for wireless sensor networks
AU2013101211A4 (en) A novel two-stage multi-criteria evaluation for internal attack in WSN
Abdildaeva Sybil attack detection in wireless sensor networks
Zhang et al. Trust based secure localization in wireless sensor networks
Nanda et al. Secure and efficient key management scheme for wireless sensor networks
Sharma et al. Security Techniques of Wireless Sensor Networks: A Study

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant