專(zhuān)利名稱(chēng)：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的基站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)，尤其涉及無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的基站。
背景技術(shù)：
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless SensorNetwork)是由分布在探測(cè)區(qū)域的大量傳感器節(jié)點(diǎn)以及數(shù)據(jù)收集中心(一般稱(chēng)為基站)組成的網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線(xiàn)連接的方式和基站建立數(shù)據(jù)通路，向基站發(fā)送測(cè)量得到的數(shù)據(jù)。在很多場(chǎng)合下，傳感器節(jié)點(diǎn)采集的往往是敏感信息，有一定的保密性要求，現(xiàn)有的方案一般是采用加密技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中往往部署大量的傳感器節(jié)點(diǎn)， 從成本的角度考慮，這些傳感器節(jié)點(diǎn)所安裝的操作系統(tǒng)一般都是簡(jiǎn)單的嵌入式系統(tǒng)，其處理能力和能量供應(yīng)都是有限的，因而稍微復(fù)雜一點(diǎn)的加密技術(shù)的采用，往往會(huì)導(dǎo)致傳感器節(jié)點(diǎn)能量消耗較快，使得節(jié)點(diǎn)的使用壽命急劇下降，降低了整個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的整體生存時(shí)間。因此，有必要降低傳感器節(jié)點(diǎn)能量消耗速度，并應(yīng)用與此類(lèi)傳感器節(jié)點(diǎn)相配套的基站，來(lái)保障敏感信息的隱秘傳輸。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是在于需要提供一種無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的基站， 在保障敏感信息隱秘傳輸?shù)耐瑫r(shí)，克服傳感器節(jié)點(diǎn)能量消耗速度過(guò)快的缺陷。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的基站，所述無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)采集獲得敏感信息及常規(guī)信息后，采用高斯隨機(jī)矩陣對(duì)所述敏感信息進(jìn)行線(xiàn)性編碼得到敏感向量，并對(duì)所述常規(guī)信息進(jìn)行補(bǔ)零的稀疏化處理得到稀疏向量后，將所述敏感向量及稀疏向量進(jìn)行融合處理得到融合數(shù)據(jù)發(fā)送給所述基站；其中，所述基站包括存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)所述高斯隨機(jī)矩陣，以及與所述高斯隨機(jī)矩陣相應(yīng)的解碼矩陣；接收端口，接收所述傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的所述融合數(shù)據(jù)；觀(guān)測(cè)器，與所述接收端口相連，對(duì)所述融合數(shù)據(jù)進(jìn)行觀(guān)測(cè)，獲得觀(guān)測(cè)值；重構(gòu)器，與所述存儲(chǔ)器及觀(guān)測(cè)器相連，利用所述解碼矩陣及觀(guān)測(cè)值重構(gòu)出所述稀疏向量；解析器，與所述接收端口及重構(gòu)器相連，根據(jù)所述重構(gòu)器重構(gòu)出的所述稀疏向量從所述融合數(shù)據(jù)中解析出所述敏感向量；解碼器，與所述存儲(chǔ)器及解析器相連，利用所述存儲(chǔ)器所存儲(chǔ)的所述高斯隨機(jī)矩陣對(duì)所述解析器所解析出的所述敏感向量進(jìn)行解碼，獲得所述敏感信息。優(yōu)選地，所述傳感器節(jié)點(diǎn)采用如下所述的表達(dá)式對(duì)所述敏感信息進(jìn)行所述線(xiàn)性編碼，得到所述敏感向量ym = dAmxnSn ；[0016]其中，ym為所述敏感向量；3為伸縮因子，取值大于零；Amxn為所述高斯隨機(jī)矩陣，m>n；&為η個(gè)所述敏感信息。優(yōu)選地，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的所述高斯隨機(jī)矩陣及所述解碼矩陣滿(mǎn)足如下所述的約束關(guān)系HkxmXAmxn = O其中，Amxn為所述高斯隨機(jī)矩陣m > η ；Hkxm為所述解碼矩陣，m > k。優(yōu)選地，所述重構(gòu)器采用壓縮感知理論或者快速正交匹配跟蹤算法，利用所述解碼矩陣及觀(guān)測(cè)值重構(gòu)出所述稀疏向量。優(yōu)選地，所述觀(guān)測(cè)器對(duì)所述融合數(shù)據(jù)進(jìn)行觀(guān)測(cè)，獲得k個(gè)觀(guān)測(cè)值；所述重構(gòu)器利用壓縮感知理論，利用所述解碼矩陣，在I1范式約束下根據(jù)由所述k個(gè)觀(guān)測(cè)值構(gòu)成的觀(guān)測(cè)向量重構(gòu)出所述稀疏向量。優(yōu)選地，所述解析器從所述融合數(shù)據(jù)中減去所述重構(gòu)器重構(gòu)出的所述稀疏向量， 獲得所述敏感向量。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提供的基站配合傳感器節(jié)點(diǎn)，結(jié)合壓縮感知的編解碼技術(shù)，能夠從傳感器節(jié)點(diǎn)上傳的融合數(shù)據(jù)中解碼獲得敏感信息，使得傳感器節(jié)點(diǎn)以較低能量消耗的方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)敏感信息的編碼和隱藏通信，延長(zhǎng)了傳感器節(jié)點(diǎn)的使用壽命，提高了整個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的整體生存時(shí)間。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例基站的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施方式，借此對(duì)本實(shí)用新型如何應(yīng)用技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題，并達(dá)到相應(yīng)技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。通信中的信息隱藏anformation Hiding)技術(shù)是一個(gè)能夠保障數(shù)據(jù)隱秘性的方案，它將敏感信息通過(guò)一定的嵌入算法隱藏到普通數(shù)據(jù)當(dāng)中，使得惡意第三方難以覺(jué)察到敏感信息的存在，從而實(shí)現(xiàn)了一定的隱秘性。但目前的信息隱藏嵌入算法應(yīng)用在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，安全性上的強(qiáng)度還不夠，往往還需要借助于加密技術(shù)對(duì)敏感信息加密之后再進(jìn)行嵌入，因此不能簡(jiǎn)單地用于傳感器網(wǎng)絡(luò)之中。壓縮感知(Compressive knsing，也稱(chēng)為壓縮傳感)技術(shù)能夠以較少的測(cè)量信號(hào)精確重構(gòu)被測(cè)量的信號(hào)(該信號(hào)必須是稀疏的或在某個(gè)變換域中為稀疏形式)，如果不知道編碼階段使用的編碼矩陣，那么即便惡意第三方獲取了壓縮感知編碼后的數(shù)據(jù)也不能恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。[0034]本實(shí)用新型將壓縮感知技術(shù)用于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中敏感信息的隱秘傳輸，無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)無(wú)需執(zhí)行運(yùn)算量大的加密操作，將整個(gè)計(jì)算過(guò)程中的大部分運(yùn)算量體現(xiàn)在基站上，從而在實(shí)現(xiàn)敏感信息隱秘傳輸?shù)耐瑫r(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)的生存時(shí)間以及整個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間，均得以大大提高。實(shí)施例、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的基站與本實(shí)施例相適應(yīng)地，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)有根據(jù)一隨機(jī)密鑰 K而生成的高斯隨機(jī)矩陣AmXn(m > η)。該傳感器節(jié)點(diǎn)采集獲得敏感信息及常規(guī)信息后緩存，在緩存的敏感信息達(dá)到數(shù)量η后，傳感器節(jié)點(diǎn)采用高斯隨機(jī)矩陣Amxn對(duì)η個(gè)敏感信息& 進(jìn)行如下表達(dá)式(1)所示的線(xiàn)性編碼，得到長(zhǎng)度為m的敏感向量ym ；(1)其中，a為伸縮因子，較佳的取值范圍為(0，1]，當(dāng)然其取值大于1也是可行的。該傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)緩存的常規(guī)信息進(jìn)行補(bǔ)零的稀疏化處理操作，得到長(zhǎng)度為m的稀疏向量ev并采用如下表達(dá)式O)的方式對(duì)敏感向量ym及稀疏向量4進(jìn)行融合處理，得到融合數(shù)據(jù)fm并發(fā)送給本實(shí)施例的基站fffl = yffl+effl式 O)當(dāng)然，該傳感器節(jié)點(diǎn)也可以將敏感向量ym和稀疏向量 分別乘以一個(gè)加權(quán)系數(shù)之后再進(jìn)行相加得到融合數(shù)據(jù)fm發(fā)送給基站。上述的伸縮因子使得傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行線(xiàn)性編碼后獲得的敏感向量對(duì)載體的影響盡可能的小，從而進(jìn)一步降低敏感信息被發(fā)現(xiàn)的可能，其具體的取值可以根據(jù)具體的應(yīng)用而定。圖1為本實(shí)施例基站的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本實(shí)施例主要包括存儲(chǔ)器110、 接收端口 120、觀(guān)測(cè)器130、重構(gòu)器140、解析器150以及解碼器160，其中存儲(chǔ)器110，存儲(chǔ)高斯隨機(jī)矩陣Amxn，以及與高斯隨機(jī)矩陣Amxn具有如下式所述的約束關(guān)系的解碼矩陣HkXm(m > k)HkxmXAmxn = 0式(3)接收端口 120，接收無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的融合數(shù)據(jù)fm ；觀(guān)測(cè)器130，與接收端口 120相連，對(duì)接收端口 120所接收的融合數(shù)據(jù)fm進(jìn)行觀(guān)測(cè)， 獲得k個(gè)觀(guān)測(cè)值；重構(gòu)器140，與存儲(chǔ)器110及觀(guān)測(cè)器130相連，根據(jù)壓縮感知理論，利用該解碼矩陣Hkxm以及該k個(gè)觀(guān)測(cè)值構(gòu)成的一觀(guān)測(cè)向量y' k，在I1范式約束下根據(jù)如下所示的表達(dá)式 (4)來(lái)精確重構(gòu)出一稀疏向量 ；y' k = HkXfflfffl式0)解析器150，與接收端口 120及重構(gòu)器140相連，根據(jù)重構(gòu)器140精確重構(gòu)出來(lái)的稀疏向量em，從融合數(shù)據(jù)fm中解析出敏感向量ym ；解碼器160，與存儲(chǔ)器110及解析器150相連，利用表達(dá)式(1)，采用存儲(chǔ)器110所存儲(chǔ)的高斯隨機(jī)矩陣Amxn對(duì)解析器150所解析出的敏感向量ym進(jìn)行解碼操作，獲得η個(gè)敏感信息&。本實(shí)施例中，由于fm = ym+em，而h = QAmxnSn ,因此
權(quán)利要求1. 一種無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的基站，其特征在于，所述無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)采集獲得敏感信息及常規(guī)信息后，采用高斯隨機(jī)矩陣對(duì)所述敏感信息進(jìn)行線(xiàn)性編碼得到敏感向量，并對(duì)所述常規(guī)信息進(jìn)行補(bǔ)零的稀疏化處理得到稀疏向量后，將所述敏感向量及稀疏向量進(jìn)行融合處理得到融合數(shù)據(jù)發(fā)送給所述基站； 其中，所述基站包括存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)所述高斯隨機(jī)矩陣，以及與所述高斯隨機(jī)矩陣相應(yīng)的解碼矩陣； 接收端口，接收所述傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的所述融合數(shù)據(jù)； 觀(guān)測(cè)器，與所述接收端口相連，對(duì)所述融合數(shù)據(jù)進(jìn)行觀(guān)測(cè)，獲得觀(guān)測(cè)值； 重構(gòu)器，與所述存儲(chǔ)器及觀(guān)測(cè)器相連，利用所述解碼矩陣及觀(guān)測(cè)值重構(gòu)出所述稀疏向量；解析器，與所述接收端口及重構(gòu)器相連，根據(jù)所述重構(gòu)器重構(gòu)出的所述稀疏向量從所述融合數(shù)據(jù)中解析出所述敏感向量；解碼器，與所述存儲(chǔ)器及解析器相連，利用所述存儲(chǔ)器所存儲(chǔ)的所述高斯隨機(jī)矩陣對(duì)所述解析器所解析出的所述敏感向量進(jìn)行解碼，獲得所述敏感信息。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的基站，在保障敏感信息隱秘傳輸?shù)耐瑫r(shí)，克服傳感器節(jié)點(diǎn)能量消耗速度過(guò)快的缺陷，該基站包括存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)高斯隨機(jī)矩陣以及與高斯隨機(jī)矩陣相應(yīng)的解碼矩陣；接收端口，接收傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的融合數(shù)據(jù)；觀(guān)測(cè)器，對(duì)融合數(shù)據(jù)進(jìn)行觀(guān)測(cè)，獲得觀(guān)測(cè)值；重構(gòu)器，利用解碼矩陣及觀(guān)測(cè)值重構(gòu)出稀疏向量；解析器，根據(jù)重構(gòu)器重構(gòu)出的稀疏向量從融合數(shù)據(jù)中解析出敏感向量；解碼器，根據(jù)存儲(chǔ)器所存儲(chǔ)的高斯隨機(jī)矩陣及解析器所解析出的敏感向量，獲得敏感信息。本實(shí)用新型提供的基站配合傳感器節(jié)點(diǎn)，使得傳感器節(jié)點(diǎn)以較低能量消耗的方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)敏感信息的編碼和隱藏通信。
文檔編號(hào)H04W12/04GK202068576SQ20102068483
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者熊繼平 申請(qǐng)人:浙江師范大學(xué)