[发明专利]基于正交标识的WSN数据传输路径溯源方法及系统

说明书

本发明公开了基于正交标识的WSN数据传输路径溯源方法及系统，分为溯源信息标记和传输路径重构两个阶段：所述溯源信息标记阶段包括：为无线传感器网络中的所有传感器节点分配正交标识、选取用于携带溯源信息的载体协议、以及实现路由节点对数据包中溯源信息的叠加复用；所述传输路径重构阶段包括：读取数据包的溯源数据字段、提取参与转发当前数据包的传感器节点的标识及其转发顺序，并根据所得顺序还原数据包的传输路径。本发明将无线传感器网络中数据包的路由顺序信息融入基于正交叠加的溯源信息中，以有限的空间成本实现了无线传感器网络数据传输路径的精确溯源。

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络数据传输路径溯源方法，特别涉及一种基于正交标识的无线传感器网络数据传输路径溯源方法及系统。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)是由部署在监测区域内，具有数据采集、通信、存储和处理能力的传感器节点构成的自组织通信系统，其中，每一个传感器为网络的一个节点，用于环境感知，并将感知的数据以多跳方式传输到基站。无线传感器网络的数据传输路径溯源是指对基站接收的数据进行追溯，还原出该数据在传输过程中所经过的所有路由节点及其转发顺序。

为实现WSN的传输路径溯源，需对WSN数据传输路径的相关信息进行标记，以便在基站根据这些信息还原出数据的传输路径，这些信息被称为WSN数据溯源信息。由于无线传感器网络节点的能量、计算能力、存储能力以及通信能力均有限，WSN的数据传输路径溯源方法必须在满足可溯源的基础上，减少由此而产生的额外消耗。相比于无路径溯源的WSN，WSN数据传输路径溯源的额外消耗主要源自溯源数据量，以及由此而生的计算和存储开销等。因此，如何有效控制溯源数据量是WSN数据传输路径溯源的关键问题。

WSN的传输路径溯源主要包括两个步骤：标记溯源信息和还原传输路径，其中，溯源信息的标记方法决定了如何还原数据的传输路径，而且，溯源信息的标记方法也决定了WSN溯源数据量的大小，因此，如何标记溯源信息即为WSN传输路径溯源的关键技术。

目前，WSN溯源信息的标记方法主要分为两类：数据包标记方法和节点记录方法。数据包标记方法是在数据传输过程中，路由节点将溯源信息记入数据包首部或数据包间隔，从而使基站能够从接收的数据包中提取路径信息，并根据这些路径信息完成路径重构。采用这种方法的优点是不占用节点的存储空间，每个节点仅将自己的标识信息附加在数据包中既可，因而容易实施，但其缺点是：溯源数据量正比于路由节点的数量，造成数据包中溯源数据量无上限，而且数据包长度的不断增长还会导致大量的数据分片，使路由冲突增加，因而造成数据的通信成本上升和WSN整体通信效率的降低。不同于数据包标记方法，节点记录方法是将溯源信息存储到每个路由节点中，而数据包只需要记录少量标记信息，当需要进行路径溯源时，由基站向所需要的节点发去询问请求，根据节点返回的溯源信息来实现路径的重构。这种方法大大降低了数据包的长度，但其不足是将溯源数据的存储负担转嫁到中间路由节点，因而对节点的存储和计算资源占用较大，同时，基站与路由节点之间的通信开销也不容忽视。

为降低溯源信息量，已有的研究成果主要采用溯源数据压缩技术，这些技术大致分为有损压缩和无损压缩两类，其中无损压缩压缩率较低，无法根本解决溯源数据无上限问题；而有损压缩以降低溯源精度为代价，无法实现数据传输路径的精确溯源。