两层无线传感网中节能的安全范围查询方法

在两层无线传感器网络中,存储节点作为一个中间节点介于传感器节点和Sink之间,既负责收集传感器节点的数据,又负责Sink的查询,因此更容易被攻击者攻击。一个被妥协的存储节点不仅可能泄漏传感器节点的数据,还有可能向Sink返回不完整的或虚假的查询结果。为了减少查询能耗开销并解决存储数据隐私保护问题,提出了一种节能的安全范围查询方法PIRQ。该方法将数据查询和上传过程进行分离,并采用R-D判别方法将原来感知数据与查询范围区间上下界的大小比较过程转换成感知数据与查询范围中间值的距离和查询区间半径的大小比较过程,减少了能量开销。利用0-1编码和Hash消息认证机制对数据进行隐私保护,采用加密数据链技术对数据进行完整性检测。理论分析和实验表明,该方法在实现数据的隐私和完整性保护的同时具有很好的节能性。     

两层无线传感器网络安全范围查询协议

在两层无线传感器网络查询过程中,攻击者可能破坏敏感数据的隐私性或者操纵被俘获的传感器节点,提交不完整或错误的查询结果.为此,提出了一种安全范围查询协议ZOSR,ZOSR在存储节点正确处理范围查询的同时,有效地保护数据的隐私性和查询结果的完整性.首先,将感知数据与查询范围上下界的两次比较过程,转换为感知数据与查询范围中值距离和查询范围半径值之间的一次比较过程.为了保护数据的隐私性,将待比较的数值进行Z-O编码,并与HMAC消息认证机制结合,使得ZOSR协议在共谋攻击的情况下,无法破坏网络中其他节点的隐私性.最后,为了实现查询结果的完整性验证,对于未满足查询条件的感知数据通过共享密钥构造其验证码.     

抗窃听攻击的传感器网络空间范围聚集查询处理算法

现有传感器网络聚集查询隐私保护方法采用加解密的形式保护节点感知数据,且需要网络中的所有节点参与查询处理。过多加解密操作会大量消耗节点能量,且用户可能只对其中部分区域的聚集结果感兴趣。针对这些问题,提出一种抗窃听攻击的传感器网络空间范围聚集查询处理算法PCPDA。该算法沿着既定路线,一边查询一边聚集,使得算法不依赖于预先构造好的拓扑结构,适用于网络拓扑结构动态变化的传感器网络,节省了维护拓扑结构的开销。该算法在未采用任何加密措施情况下保证了节点感知数据的隐私性。理论分析和仿真结果表明,PCPDA在能量损耗和隐私保护方面都优于现有算法。     

两层传感网中能量高效的隐私保护范围查询方法

具有隐私保护能力的范围查询处理方法是当前无线传感器网络（wireless sensor networks , WSNs）数据管理应用技术中具有挑战性的研究内容。针对2层传感器网络环境,提出了一种能量高效的隐私保护范围查询处理方法（energy‐efficient and privacy‐preserving range query ,EPRQ ）。在数据存储阶段,感知节点对其采集的数据进行加密处理,并利用0‐1编码和 Hash消息身份认证编码机制计算各采集数据的最小化比较因子,然后将密文和编码数据上传至存储节点。在查询处理阶段,基站计算用户查询的目标范围区间的比较因子,并作为查询指令发送给存储节点;再由存储节点利用0‐1编码验证机制的数值比较特性,实现无需明文数值参与下的数据大小比较,进而确定查询结果密文数据集,并返回基站;基站解密密文数据,获得最终的查询结果。理论分析和实验结果表明,该方法能够实现对感知数据、查询结果和目标范围区间的隐私保护,且与现有方法相比具有更高的能耗效率。     

两层传感网隐私保护的不完全数据Skyline查询协议

感知节点感知数据易受外界环境影响,使得不完全数据广泛存在于无线传感器网络中,且感知数据面临严重的隐私威胁。针对两层传感器网络不完全数据查询过程中存在的隐私泄露问题,提出一种基于置换和桶技术的两层传感器网络隐私保护的不完全数据Skyline查询协议（PPIS）。为了实现对不完全数据的Skyline查询,PPIS将缺失属性值置换为数据域的上界值,并将不完全数据映射到桶中;为了保证数据隐私性,PPIS首先将桶区间转化为前缀编码,然后将前缀编码加载到Bloom过滤器中,保证存储节点在无需数据和桶区间明文的前提下执行查询处理;为了保证查询结果的完整性,PPIS采用Merkle哈希树构造完整性验证编码,实现对查询结果的完整性验证。理论分析和仿真实验验证了PPIS的安全性和有效性,与现有隐私保护Skyline查询协议SMQ和SSQ相比,PPIS通信能耗节省了70%以上。     

面向隐私保护的两层传感网Top-k查询处理方法

无线传感器网络中的隐私保护技术已经成为研究热点,其中具有隐私保护能力的Top-k查询已经成为富有挑战性的研究问题.提出了一种基于前缀编码验证(PMV)机制的两层传感器网络隐私保护Top-k查询处理方法.通过引入PMV机制,并利用加密和Hash消息身份验证编码技术,使感知节点对采集到的数据进行加密和编码处理,并上传至存储节点;存储节点利用PMV机制实现在无需感知数据明文参与下的数值线性关系比较,进而计算包含查询结果的最小候选密文数据集,并发送给Sink节点;最终由Sink解密密文数据,完成Top-k查询结果计算.为了降低感知节点能耗,给出基于Hash技术的能量优化策略.理论分析和实验结果表明,该方法能够确保数据的隐私安全性,且性能表现优于现有工作.     

两层传感器网络中隐私保护的等区间近似查询算法

隐私保护已经成为拓展无线传感器网络（WSN）应用的关键因素,是当前的研究热点。针对传感器网络中感知数据的安全性问题,提出了两层传感器网络中隐私保护的等区间近似查询（PEIAQ）算法。首先,将传感器节点编号及其采集的数据等信息隐藏在随机向量中;然后,基站根据接收到的向量信息构造线性方程组,从而得到包含全局统计信息的直方图;最后,根据直方图完成近似查询。此外,PEIAQ利用数据扰动技术和传感器节点与基站共享密钥的方式来对感知数据进行加密,保证了感知数据的隐私性。仿真实验显示,PEIAQ的通信量在查询阶段明显低于隐私保护通用近似查询（PGAQ）的通信量,约节省60%,因此,该PEIAQ具有低能耗、高效率等特点。     

两层传感器网络中隐私与完整性保护的范围查询协议

针对两层传感器网络中存储节点更容易受到攻击这一问题,文中提出一种隐私与完整性保护的范围查询协议:VQuery.VQuery在保证存储节点正确执行查询的同时能有效防止敏感数据与查询条件的泄露.为了保护数据的隐私性,提出了一种基于多项式技术的隐私保护方案,该方案利用多项式技术对节点采集的数据范围信息和查询条件进行编码,保证存储节点在不知道数据和查询条件真实内容的情况下正确地执行查询处理.为了保护查询结果的完整性,提出了一种基于水印链技术的完整性认证方案,该方案能有效检测查询结果的完整性.为了对多维数据查询结果的完整性认证,提出了一种多维区间树的数据结构来表示多维数据.分析和实验结果论证了VQuery协议的有效性.     

两层传感器网络中基于位表的隐私保护Top-k查询算法

两层传感器网络中的隐私保护Top-k查询是当前传感网络领域的研究热点,且传感器网络面临严重的隐私保护问题。因此,本文提出了一种两层传感器网络中基于位表的隐私保护Top-k查询算法BTTQ(BitsTable-Based Top-k Query)。BTTQ算法利用保序函数将原始数据分布P映射到目标分布T,并利用取模运算对目标分布T的范围进行扰动,从而保证了感知数据的隐私性;BTTQ通过位表来表示扰动后的数据,所以在查询过程中只需传输位表信息,从而能够有效地降低了网络的通信代价,节省了能耗。理论分析和实验结果表明,与现有Top-k查询算法相比,BTTQ在不泄漏感知数据信息的前提下,算法具有能量高效、安全和高精确性特点。     

两层传感器网络隐私保护Skyline查询协议

无线传感器网络中隐私保护技术已经成为研究热点,其中隐私保护精确Skyline查询协议已成为富有挑战性的研究问题.提出一种两层传感器网络隐私保护Skyline查询协议(PPSQ).该协议通过采用Z-O编码技术并结合HMAC机制,使得存储节点可以在无需感知数据明文的情况下判断出元组的支配关系,从而得出密文查询结果,保护了数据的隐私安全性;并通过辅助计算节点计算的验证码来保证查询结果的完整性.理论分析和实验结果表明,PPSQ协议能够保证感知数据、查询结果的隐私安全性和查询结果的完整性,且性能优于现有工作.     

动态无线传感网中低延迟高可靠的数据查询机制

查询处理作为大规模无线传感器网络中智能服务的一个重要操作,可以根据用户需求对网络中的感知数据进行检索和回传.然而,部署在恶劣环境中的无线传感网络,节点容易遭受外力破坏,或者自身资源(能量、存储等)有限,可能会导致节点发生位移和故障,从而造成网络拓扑不断改变以及部分节点的感知数据失效.同时,由于节点感知数据容量大、传输带宽有限以及网络链路不可靠等情况,可能会造成网络通信时延大大增加.这些因素使得快速、可靠的数据查询处理成为无线传感网中一个难题.为了解决这个难题,提出一种动态网络中低延迟高可靠的数据查询机制.该机制是一种非聚合随机查询方式,通过将传感节点划分为源节点和查询节点来实现数据查询.首先,根据监测事件将网络划分为若干个子区域,每个子区域中的源节点相互协作,并按照时间顺序依次轮流监听该区域的事件信息;接着,源节点根据预估的平均节点故障概率,计算出一个合理的备份数量,并将源数据按照该数量存储到邻居节点中,以降低源数据的失效概率;然后,为了加快数据查询速度,源节点定期对源数据块进行编码压缩,并选取剩余能量和存储空间较小的多个邻居节点作为下一跳接收节点.这些接收节点基于局部区域中节点个数大小,决定是否接收存储该报文.重复上述过程,直至压缩数据均匀地分布在网络中.另一方面,查询节点接收到查询请求时,也使用负载均衡多路分发方式将查询请求传输到部分节点上.为了避免目标数据的冗余回传,当查询请求成功查询到目标数据时,目标节点先修改访问位,再选取与查询节点距离最近的邻居节点作为下一跳接收节点,迭代执行上述操作,直到用户获得所需要的事件信息.在以上过程中,为了节省节点能量,在保证高成功查询率的条件下,建立通信能耗最小化的优化模型,计算出最优的压缩数据副本数和查询消息副本数,之后,源节点和查询节点分别按照该数量进行副本数据分发.最后,理论分析和实验结果表明,与其它四种查询算法相比,提出的查询机制具有更高的查询成功率、更低的通信能耗和通信时延.     

基于802.11ah井下监测传感网的RAW重分组研究

现有的ZigBee、超宽带、WiFi等井下无线传感网通信技术或传输距离短,或传输速率较低,或覆盖范围与接入设备数量受限,而IEEE 802.11ah协议满足井下无线传感网对传输范围、功耗、网络容量、传输速率等的要求,可用于井下监测传感网传输周期性监测数据。针对802.11ah协议中MAC层标准限制接入窗口(RAW)机制在进行传感节点分组时不灵活、易导致组间负载不平衡的问题,提出了一种基于时延优化的RAW重分组方法:根据数据包预计传输时间对所有传感节点重新分组,通过3次分组来减少RAW组内节点碰撞、降低传输时延。为实现RAW重分组,提出了关联标识符(AID)分组重分配方法:采用部分传感节点断开关联的方式,按重分组后的RAW组分批次为节点重新分配AID,并将AID与节点MAC映射,从而减小RAW重分组时间开销,避免AID重分配过程中因数据无法传输而导致网络性能下降。仿真结果表明,随着井下监测传感网中传感节点增多,RAW重分组方法较标准RAW机制的网络时延更小、吞吐量更大、丢包率更低,且重分组过程对网络性能影响较小。     

基于最小节点度的WSNs传输功率控制重编程协议

为了降低节点能耗,提高能量的利用率,提出了一种高效节能的基于最小节点度的传输功率控制(MND—TPC)重编程协议。该协议首先根据每个节点的剩余能量、最大的传输功率、节点度和链路质量来进行网络的初始化,然后分2个阶段完成数据传输。第一阶段通过节点密度、节点度和M度节点的百分比等产生传输范围的调整模型来构建高效的优化网络;第二阶段通过对节点之间发送功率和剩余能量的比较来筛选发送节点,以保证网络负载的均匀分布,有效地实现了高效节能,从而提高整个网络的生存周期。理论分析与实验结果表明:与多跳网络编程(MNP)协议在不同发送功率下相比,平均能量消耗至少降低35.48%。     

A power efficiency routing and maintenance protocol in wireless multi-hop networks

In wireless multi-hop networks, selecting a path that has a high transmission bandwidth or a high delivery rate of packets can reduce power consumption and shorten transmission delay during data transmission. There are two factors that influence the transmission bandwidth: the signal strength of the received packets and contentions in the contention-based MAC layer. These two factors may cause more power to be consumed during data transmission. We analyze these two factors and propose a power-aware routing protocol called MTPCR. MTPCR discovers the desired routing path that has reduced power consumption during data transmission. In addition to finding a desired path to reduce power consumption, MTPCR also takes into account the situations in which the transmission bandwidth of the routing path may decrease, resulting in much power consumption during data transmission because of the mobility of nodes in a network. MTPCR is thus useful in a network: it analyzes power consumption during data transmission with the help of neighboring nodes, and it uses a path maintenance mechanism to maintain good path bandwidth. The density of nodes in a network is used to determine when to activate the path maintenance mechanism in order to reduce the overhead of this mechanism. With the proposed path maintenance mechanism, power consumption during data transmission can be efficiently reduced, as well as the number of path breakages. In our simulation, we compared our proposed routing protocol, MTPCR, with the following protocols: two classical routing protocols, AODV and DSR; two power-aware routing protocols, MMBCR and xMBCR; and one multiple path routing protocol, PAMP. The comparisons are made in terms of throughput of the routing path, power consumption in path discovery, power consumption in data transmission, and network lifetime.     

物联网中基于区块链的密态内容审计方案

低功耗广域网技术以功耗低、距离远等优势,已成为当前的一个研究热点。但是,由于低功耗广域网中传感器节点安全防护能力有限、容易老化以及存在恶意节点等问题,导致系统在效率和私密性方面并不是完全可靠。针对上述问题,本文为无线电广域网的媒体介入控制层设计一套密文数据审计算法。通过使用布隆过滤器,加快密文数据处理的效率。此外使用同态加密技术,在保护数据的前提下,实现有效密文数据范围查询功能。最后利用区块链技术实现对通讯数据的溯源,方便日后对问题节点进行追踪。分析结果显示,新方案具有较高的安全性能,并且运行效率能够达到O(logn)。     

Distributed adaptive top-k monitoring in wireless sensor networks

Top-k monitoring queries are useful in many wireless sensor network applications. A query of this type continuously returns a list of k ordered nodes with the highest (or lowest) sensor readings. To process these queries, a well-known approach is to install a filter at each sensor node to avoid unnecessary transmissions of sensor readings. In this paper, we propose a new top-k monitoring method, named Distributed Adaptive Filter-based Monitoring. In this method, we first propose a new query reevaluation algorithm that works distributedly in the network to reduce the communication cost of sending probe messages. Then, we present an adaptive filter updating algorithm which is based on predicted benefits to lower down the transmission cost of sending updated filters to the sensor nodes. Experimental results on real data traces show that our proposed method performs much better than the other existing methods in terms of both network lifetime and average energy consumption.     

WSN中基于博弈论的节点功率控制算法

针对如何降低无线传感器网络中节点传输的能量消耗,延长网络生存周期,本文将博弈论引入WSN功率控制中,综合考虑节点的剩余能量、发射功率等因素构建效用函数,将剩余能量较大的节点作为下一跳节点,连接其他节点并承载较多的传输任务.节点在通信过程中以功率博弈算法作为策略方案,不断调整各自的策略,提高信息传输的准确率,并证明该算法纳什均衡的存在.仿真结果表明,与传统分布式功率控制算法相比,该算法通过控制节点传输功率实现了降低能耗的目的,能更快迭代出最优发射功率,并得到较大的信干比.     

能量高效的传感器网络数据查询路由*

提出一种能量高效的传感器网络数据查询路由EEDQ(energy-efficient data query),EEDQ以sink节点为根节点,构造最小路由生成树,由sink节点发出查询任务,查询结果由叶子节点向sink节点传输,传输过程中进行数据汇聚.实验表明,EEDQ相比direct transmission,大大提高了传感器网络的生命周期.     

一种基于哈希函数及能量均衡的事件查询算法

在无线传感器网络中对于无固定位置的事件及查询是个重要的研究课题。结合高效及最大化网络生命周期,提出了一种基于哈希函数及能量均衡的事件查询算法。在该算法中,一个传感器节点只需要关心自己通信范围内的邻居节点,不需要知道整个网络的状况,算法具有冗余数据少、查询能耗小、网络生命周期长、实现简单等特点。借助OMNET++网络模拟器进行仿真实验,与经典路由算法比较,结果表明本算法能快速高效地进行事件查询,同时最小化及均衡能量消耗,延长了网络生命周期。