[发明专利]无线传感器网络安全定位方法

说明书

技术领域

本发明属于无线多媒体传感器网络领域，具体地本发明涉及一种无线传感器网络安全定位的方法，将网络内的恶意节点逐步剔除，并利用锚节点对传感器节点精确定位。

背景技术

近年来，随着微机电系统、无线通信和数字电子技术的发展，无线传感器网络(wireless sensor networks，WSN)在军事及民用等领域得到了广泛的应用，传感器节点精确的位置信息对WSN的应用具有至关重要的意义。目前，学者们提出了很多关于WSN的定位算法，主要分为两大类：基于锚节点和非基于锚节点的WSN节点定位算法，但是在大多数的应用中，无线传感器网络被布置在无人看护甚至条件恶劣的环境中，节点的定位过程极易受到各种攻击，这些定位算法并不能抵御网络中的恶意攻击。因此，如何在存在恶意攻击的情况下，安全、有效地获取节点位置信息，保证较高的定位精度是一个极具挑战性的安全问题。

目前针对无线传感器网络安全定位的相关研究文献如下：

1、Brands和Chaum在1994年的《In Proceedings of the EUROCRYPT’93Workshop on the Theory and Application of Cryptographic Techniques on Advancesin Cryptology》上最早提出“时间绑定呼叫-响应协议(time-boundedchallenge-response protocol)”，通过测量和计算验证者(verifier)与被验证者(claimant)之间距离的上界来防止以缩小测量/估算距离为目的的测距欺骗攻击，如虫洞攻击等。由于协议在验证者和被验证者之间报文的双向传输中同时采用了无线射频信号(约3×108m/s)，因此需要验证者具有纳秒级的时间测量能力、被验证者具有纳秒级的实时处理能力，这对硬件设备的要求太高。并且此种协议只能得出节点间距离的上界，因而无法防止攻击者发起的以扩大测量距离为目的的攻击。另外，仅能验证节点是否位于指定区域内，不能验证节点是否在一个特定的位置。

2、Lazos等人在2004年的《In Proceedings of the 3rd ACM Workshop onWireless Security》上发表的文章“Secure range-independent localization forwireless sensor networks”，文中提出SeRLoc协议，为每个信标节点配置多个定向天线，传感器节点根据接收到的来自多个信标节点的信标报文确定所在的最小交叉区域，最后通过质心算法确定自己的坐标。SeRLoc可以检测出虫洞攻击和女巫攻击，但难以防止位置欺骗攻击。而且，为了获得最小交叉区域、提高定位精度，需要部署更多的信标节点或者为每个信标节点安装更多的定向天线，大大增加了硬件成本。为了改善SeRLoc协议的不足，Lazos等人继续提出HiRLoc协议，信标节点通过不断变换天线方向和传输范围，实现在不增加信标节点或定位天线的情况下减小最小交叉区域、提高定位精度。然而，相比于SeRLoc协议，HiRLoc增加了计算复杂度和通信开销。

3、Du等人在2005年的《In Proceedings of the 19th IEEE International Parallel&Distributed Processing Symposium(IPDPS 2005)》上发表的文章“LAD：Localization anomaly detection for wireless sensor networks”中提出了一种LAD方案来检测定位过程中异常的信标节点，该方法基于可以事先获知的节点分布信息以及邻居节点间的组关系，检测节点的估计位置是否与它的观测位置一致，如果不一致的几率超过阈值，则LAD报告信标节点异常。然而，LAD方案依赖于节点的分布信息，如果无法获得精确的分布信息，那么LAD的检测结果将受到极大的影响。同时，该方案仅停留在对异常的检测阶段，而没有给出对异常信标节点的处理方案。