公共移动网络中节点位置隐私保护方法研究
袁浩 毛颖颖
摘 要： 公共移动网络中用户隐私信息的泄露成为无线传感网络的安全隐患，因此隐私保护是网络信息安全研究的重点课题之一。提出运用改进蚁群算法保护公共移动网络中节点位置信息。利用蚁群最优理论给出内在路由探索方法，通过信息素局部更新控制信息素的揮发情况，使数据包在不同节点间实现数据传输，根据蚁群理论中数据随机传输的特性，使攻击方无法获取已捕获数据包的来源节点，从而达到网络源节点位置隐私保护的目的；对于汇聚节点位置隐私问题，提出了动态路由协议理论，根据SA?DRP路由协议，以不同概率向安全区域及非安全区域发送数据包，且须保证以上两个区域接收真实包等同于虚假包，并使汇聚节点转发虚假包的方式保护该节点位置隐私。实验证明，利用文中方法可以有效保护公共移动网络节点位置。
关键词： 公共移动网络； 节点位置； 隐私保护； 无线传感网络
中图分类号： TN711?34； TP178 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）16?0035?03
Abstract： The leakage of users′ privacy information in public mobile network becomes a security risk of wireless sensor network， so privacy protection is one of the key issues in network information security research， and the improved ant colony algorithm is proposed to protect node location information in public mobile network. The ant colony optimization theory is used for the internal routing exploring approach. The pheromone volatilization is controlled by pheromone local update， so that the packet data transmission between different nodes is realized and the attacker cannot get the source nodes of its captured data packet according to the characteristics of data transmission in random ant colony theory， so as to achieve the purpose of privacy protection of the network source node location； as for the sink node location privacy problem， a dynamic routing protocol theory is proposed， with which data packets are sent to the safety and non?safety areas in different probability according to the SA?DRP routing protocol. In this process， the above two areas must be ensured to receive the real package equivalent to false packets， and the false packets must be transmitted by the sink nodes to protect these nodes′ location privacy. The experiment results show that the proposed method can effectively protect the node location of public mobile network.
Keywords： public mobile network； node location； privacy protection； wireless sensor network
0 引 言
飞速发展的信息时代计算机应用技术日趋成熟，现代人获知信息的方式也越来越多，一些新技术、新理念也在不断发展，无线传感网（WSN）就是其中一项代表性技术，并已经融入人们日常生活中[1]。WSN使各种事物通过感知设备紧密地联系在一起，然后利用网络中的信息交换与信息传输使人们可以更客观、深入地了解世界。对于公共移动网络而言，无线传感网至关重要，海量感知信息通过计算机处理以及数据挖掘转化成有价值信息，指导人们的生产和生活[2?3]。文献[4]提到通过各个领域和WSN技术结合，开发及应用许多新事物与新思想，并潜移默化地改变着人们的生活方式，这充分说明了其本身具有极大的开发潜质。WSN通过频繁的信息交换，让人们对身边事物了解的更加透彻[5?6]。文献[7]指出通常WSN在开放的公共环境中布置较多，这也使得攻击手更容易攻击和破坏感知设备，若感知设备被攻击手捕获，然后发布恶意信息，就会威胁到整个网络。此外，通过跟踪嵌入感知设备，攻击手能够获得目标物体的准确位置，使用户个人敏感信息外泄。因此，必须结合最新理论和技术加强WSN隐私保护能力，保护WSN中隐私信息与节点安全。
网络信息安全的重要性毋庸置疑，于是文中提出利用改进蚁群算法使公共移动网络中节点位置隐私信息获得保护的方法。
1 公共网络节点位置隐私保护
1.1 基于改进蚁群算法的源节点位置保护策略
在WSN中，增加网络运行时间的一个重要方式就是减少能耗，通过模拟蚂蚁行为使蚁群可以找出源节点和基站之间的最短路徑，然后平均分配所有节点信息素概率。
蚂蚁[k]尝试在网络中找出能量消耗最小路径，由[s]节点出发，通过邻居节点[ri]，最终到达[d]。蚂蚁出发时间不限，基站节点接收传输数据的同时，节点选择下一个接收者[r]的概率为：
1.2 基于安全区域汇聚节点保护策略
为了实现对无线传感器网络汇聚节点位置隐私的保护，提出以安全区域动态路由理论为基础，利用在非安全区域和安全区域概率性发送包以及汇聚节点转发虚假包方式，实现对节点位置隐私安全的保护。文中设定向安全区域发送包的概率为[Ps]，产生虚假包概率为[Pf]，虚假包存在时间设置为[Tf]，以上三个变量表示路由协议自定义参数，需根据具体情况获取合适参数值。
使更多数据包靠近汇聚节点位置是多数传感器网络中的大体趋势，须使各个节点发送网络数据包的概率相近，通过利用SA?DRP路由理论调控发包概率来实现调控。非安全区域内传感器节点个数用[Nns]表示，安全区域内传感器节点个数用[Ns]表示，设定[ω=NnsNs]为两个区域节点个数比值，则在非安全区域的某一节点接收数据的概率是[Rns=PnsNns]；在安全区域里的某个节点接收数据的概率是[Rs=PsNs]，则上述区域概率比值是[R0=RnsRs=1-PsPsω]。其与[Rs]，[Rns]的关系函数可以通过参数[Ps，Pf，Tf]建立，即：
通过上述步骤，若源节点检测到距离汇聚节点在安全半径内，则以概率[Pf]产生虚假包，并以概率[Rns]发送虚假包到距离汇聚点较近的非安全区域，以此形成一个环形安全区域保护汇聚节点位置隐私信息。
2 仿真实验及结果分析
为了验证文中提出的改进蚁群理论对公共移动网络中节点位置隐私信息保护方法是否有效，主要通过三个方面检验。现对公共移动网络中源节点传输数据到汇聚节点时的网络能耗进行比较，运用文中的SA?DRP路由协议理论及幻影路由理论分别对网络中的汇聚节点实现节点位置隐私保护措施，同时观察在实现位置隐私保护过程中两种方法的网络能耗曲线，具体如图1所示。
在公共移动网络中由于源节点不断向汇聚节点传输数据，势必会对网络产生耗能现象，而传统的幻影路由理论在传输数据不断发包的过程中，导致接收数据的汇聚节点产生网络阻塞，同时增加攻击方追踪真实数据包的可能性，不能有效地保护网络节点位置隐私信息。
通过图1能够明显看出，幻影路由协议在传输数据时所耗能量要明显低于SA?DRP路由协议网络能耗，由于能耗过高会造成攻击方从数据传输能量方面成功追踪真实数据包，因此文中的SA?DRP路由协议在保护节点位置隐私信息方面具有明显优势。
3 结 论
无线传感器网络给人们带来便利的同时也存在隐私信息泄露的问题，为了更好地保护信息安全，文中提出对公共移动网络中的节点位置实现隐私保护，从而加强了无线传感器网络安全使用。
参考文献
[1] 王文发，富文军，李晓英，等.无线传感网络覆盖盲区检测方法的研究与仿真[J].计算机仿真，2015，32（9）：323?326.
[2] 王振飞，余利，郑志蕴，等.基于QoS调度模型的无线传感网定向地理路由策略研究[J].小型微型计算机系统，2015，36（5）：922?927.
[3] 吉佳，温巧燕，张华.无线传感器网络中基于分簇的数据聚合机制[J].传感器与微系统，2015，34（1）：17?20.
[4] 马晓贤，彭力.一种改进的无线传感器网络DV?Hop定位算法[J].计算机工程与应用，2015，51（21）：97?101.
[5] 马从国，赵德安，王建国，等.基于无线传感器网络的水产养殖池塘溶解氧智能监控系统[J].农业工程学报，2015，31（7）：193?200.
[6] 苏李果，朱燕.基于ZigBee无线传感器网络的智能家居系统[J].计算机系统应用，2015，24（6）：66?70.
[7] 卢成浪，刘明雍，吴宗大，等.针对网络信息系统的个人隐私保护方案[J].小型微型计算机系统，2015，36（6）：1291?1295.
[8] 张宗福，汤霖，杨国威.移动网络中恶意节点自动检测研究与仿真[J].计算机仿真，2016，33（7）：293?296.
摘 要： 公共移动网络中用户隐私信息的泄露成为无线传感网络的安全隐患，因此隐私保护是网络信息安全研究的重点课题之一。提出运用改进蚁群算法保护公共移动网络中节点位置信息。利用蚁群最优理论给出内在路由探索方法，通过信息素局部更新控制信息素的揮发情况，使数据包在不同节点间实现数据传输，根据蚁群理论中数据随机传输的特性，使攻击方无法获取已捕获数据包的来源节点，从而达到网络源节点位置隐私保护的目的；对于汇聚节点位置隐私问题，提出了动态路由协议理论，根据SA?DRP路由协议，以不同概率向安全区域及非安全区域发送数据包，且须保证以上两个区域接收真实包等同于虚假包，并使汇聚节点转发虚假包的方式保护该节点位置隐私。实验证明，利用文中方法可以有效保护公共移动网络节点位置。
关键词： 公共移动网络； 节点位置； 隐私保护； 无线传感网络
中图分类号： TN711?34； TP178 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）16?0035?03
Abstract： The leakage of users′ privacy information in public mobile network becomes a security risk of wireless sensor network， so privacy protection is one of the key issues in network information security research， and the improved ant colony algorithm is proposed to protect node location information in public mobile network. The ant colony optimization theory is used for the internal routing exploring approach. The pheromone volatilization is controlled by pheromone local update， so that the packet data transmission between different nodes is realized and the attacker cannot get the source nodes of its captured data packet according to the characteristics of data transmission in random ant colony theory， so as to achieve the purpose of privacy protection of the network source node location； as for the sink node location privacy problem， a dynamic routing protocol theory is proposed， with which data packets are sent to the safety and non?safety areas in different probability according to the SA?DRP routing protocol. In this process， the above two areas must be ensured to receive the real package equivalent to false packets， and the false packets must be transmitted by the sink nodes to protect these nodes′ location privacy. The experiment results show that the proposed method can effectively protect the node location of public mobile network.
Keywords： public mobile network； node location； privacy protection； wireless sensor network
0 引 言
飞速发展的信息时代计算机应用技术日趋成熟，现代人获知信息的方式也越来越多，一些新技术、新理念也在不断发展，无线传感网（WSN）就是其中一项代表性技术，并已经融入人们日常生活中[1]。WSN使各种事物通过感知设备紧密地联系在一起，然后利用网络中的信息交换与信息传输使人们可以更客观、深入地了解世界。对于公共移动网络而言，无线传感网至关重要，海量感知信息通过计算机处理以及数据挖掘转化成有价值信息，指导人们的生产和生活[2?3]。文献[4]提到通过各个领域和WSN技术结合，开发及应用许多新事物与新思想，并潜移默化地改变着人们的生活方式，这充分说明了其本身具有极大的开发潜质。WSN通过频繁的信息交换，让人们对身边事物了解的更加透彻[5?6]。文献[7]指出通常WSN在开放的公共环境中布置较多，这也使得攻击手更容易攻击和破坏感知设备，若感知设备被攻击手捕获，然后发布恶意信息，就会威胁到整个网络。此外，通过跟踪嵌入感知设备，攻击手能够获得目标物体的准确位置，使用户个人敏感信息外泄。因此，必须结合最新理论和技术加强WSN隐私保护能力，保护WSN中隐私信息与节点安全。
网络信息安全的重要性毋庸置疑，于是文中提出利用改进蚁群算法使公共移动网络中节点位置隐私信息获得保护的方法。
1 公共网络节点位置隐私保护
1.1 基于改进蚁群算法的源节点位置保护策略
在WSN中，增加网络运行时间的一个重要方式就是减少能耗，通过模拟蚂蚁行为使蚁群可以找出源节点和基站之间的最短路徑，然后平均分配所有节点信息素概率。
蚂蚁[k]尝试在网络中找出能量消耗最小路径，由[s]节点出发，通过邻居节点[ri]，最终到达[d]。蚂蚁出发时间不限，基站节点接收传输数据的同时，节点选择下一个接收者[r]的概率为：
1.2 基于安全区域汇聚节点保护策略
为了实现对无线传感器网络汇聚节点位置隐私的保护，提出以安全区域动态路由理论为基础，利用在非安全区域和安全区域概率性发送包以及汇聚节点转发虚假包方式，实现对节点位置隐私安全的保护。文中设定向安全区域发送包的概率为[Ps]，产生虚假包概率为[Pf]，虚假包存在时间设置为[Tf]，以上三个变量表示路由协议自定义参数，需根据具体情况获取合适参数值。
使更多数据包靠近汇聚节点位置是多数传感器网络中的大体趋势，须使各个节点发送网络数据包的概率相近，通过利用SA?DRP路由理论调控发包概率来实现调控。非安全区域内传感器节点个数用[Nns]表示，安全区域内传感器节点个数用[Ns]表示，设定[ω=NnsNs]为两个区域节点个数比值，则在非安全区域的某一节点接收数据的概率是[Rns=PnsNns]；在安全区域里的某个节点接收数据的概率是[Rs=PsNs]，则上述区域概率比值是[R0=RnsRs=1-PsPsω]。其与[Rs]，[Rns]的关系函数可以通过参数[Ps，Pf，Tf]建立，即：
通过上述步骤，若源节点检测到距离汇聚节点在安全半径内，则以概率[Pf]产生虚假包，并以概率[Rns]发送虚假包到距离汇聚点较近的非安全区域，以此形成一个环形安全区域保护汇聚节点位置隐私信息。
2 仿真实验及结果分析
为了验证文中提出的改进蚁群理论对公共移动网络中节点位置隐私信息保护方法是否有效，主要通过三个方面检验。现对公共移动网络中源节点传输数据到汇聚节点时的网络能耗进行比较，运用文中的SA?DRP路由协议理论及幻影路由理论分别对网络中的汇聚节点实现节点位置隐私保护措施，同时观察在实现位置隐私保护过程中两种方法的网络能耗曲线，具体如图1所示。
在公共移动网络中由于源节点不断向汇聚节点传输数据，势必会对网络产生耗能现象，而传统的幻影路由理论在传输数据不断发包的过程中，导致接收数据的汇聚节点产生网络阻塞，同时增加攻击方追踪真实数据包的可能性，不能有效地保护网络节点位置隐私信息。
通过图1能够明显看出，幻影路由协议在传输数据时所耗能量要明显低于SA?DRP路由协议网络能耗，由于能耗过高会造成攻击方从数据传输能量方面成功追踪真实数据包，因此文中的SA?DRP路由协议在保护节点位置隐私信息方面具有明显优势。
3 结 论
无线传感器网络给人们带来便利的同时也存在隐私信息泄露的问题，为了更好地保护信息安全，文中提出对公共移动网络中的节点位置实现隐私保护，从而加强了无线传感器网络安全使用。
参考文献
[1] 王文发，富文军，李晓英，等.无线传感网络覆盖盲区检测方法的研究与仿真[J].计算机仿真，2015，32（9）：323?326.
[2] 王振飞，余利，郑志蕴，等.基于QoS调度模型的无线传感网定向地理路由策略研究[J].小型微型计算机系统，2015，36（5）：922?927.
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[4] 马晓贤，彭力.一种改进的无线传感器网络DV?Hop定位算法[J].计算机工程与应用，2015，51（21）：97?101.
[5] 马从国，赵德安，王建国，等.基于无线传感器网络的水产养殖池塘溶解氧智能监控系统[J].农业工程学报，2015，31（7）：193?200.
[6] 苏李果，朱燕.基于ZigBee无线传感器网络的智能家居系统[J].计算机系统应用，2015，24（6）：66?70.
[7] 卢成浪，刘明雍，吴宗大，等.针对网络信息系统的个人隐私保护方案[J].小型微型计算机系统，2015，36（6）：1291?1295.
[8] 张宗福，汤霖，杨国威.移动网络中恶意节点自动检测研究与仿真[J].计算机仿真，2016，33（7）：293?296.
