基于隨機虛擬環(huán)的WSNs源位置隱私保護算法

白樂強 孫圣杰 曹科研 張士宏

1(沈陽建筑大學(xué)信息與控制工程學(xué)院 遼寧 沈陽 110168) 2(東軟集團股份有限公司 遼寧 沈陽 110179)

0 引 言

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSNs)[1]是一種大規(guī)模的分布式網(wǎng)絡(luò)，作為物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，在工程監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生、物流運輸、航空航天、動物保護、國防軍事等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。一般來說，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由傳感器節(jié)點和基站節(jié)點組成，各個傳感器節(jié)點之間及基站節(jié)點通過自組織、動態(tài)拓撲相互關(guān)聯(lián)，彼此之間通過無線通信進行信息傳遞。WSNs采用的無線多跳的通信方式，容易遭受來自網(wǎng)絡(luò)攻擊者的監(jiān)聽和襲擊，引發(fā)嚴(yán)重的位置隱私泄露問題[3]，因此WSNs中的位置隱私保護成為現(xiàn)今一個重要的研究方向。

Ozturk等[4]第一次提出WSNs中源節(jié)點的位置隱私問題，為解決此問題提出了基于洪泛的幻影路由算法。Kamat等[5]為降低通信開銷、提高安全周期，提出了基于單徑路由的幻影路由算法。陳娟等[6]研究發(fā)現(xiàn)基于單徑路由的幻影路由算法在隨機路由階段產(chǎn)生的幻影源節(jié)點集中在某些區(qū)域，為此提出了一種基于源節(jié)點有限洪泛的源位置隱私保護算法。Wang等[7]為增加攻擊者回溯時間，提高安全周期，提出一種基于環(huán)形路由的源位置隱私保護算法。Jia等[8]為增加幻影源節(jié)點的位置選擇的多樣性，提出了基于角度和動態(tài)調(diào)整節(jié)點發(fā)射半徑的源位置隱私保護算法。

本文提出基于隨機虛擬環(huán)的WSNs源位置隱私保護(ABRVR)算法，改善幻影路由算法中源節(jié)點距離基站節(jié)點較近時安全周期低的問題。ABRVR算法通過建立以基站節(jié)點為圓心的隨機虛擬環(huán)，分散數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂剑源藖磉_到保護源節(jié)點的目的。實驗結(jié)果表明當(dāng)源節(jié)點距離基站節(jié)點較近時該算法能夠有效保護源位置隱私。

1 系統(tǒng)模型

1.1 網(wǎng)絡(luò)模型

本文的網(wǎng)絡(luò)模型與熊貓-獵人位置隱私保護模型[4]相似。網(wǎng)絡(luò)模型滿足以下條件：

(1) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中有且僅有一個基站節(jié)點，且基站節(jié)點位于網(wǎng)絡(luò)中心。(2) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的任意傳感器節(jié)點位置固定，不可移動。(3) 網(wǎng)絡(luò)中任意的節(jié)點的ID是唯一的。(4) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳送的所有數(shù)據(jù)包都是經(jīng)過加密的，攻擊者不能破解數(shù)據(jù)[9]。(5) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點通過定位算法獲得自己的坐標(biāo)[10]。

1.2 攻擊者模型

根據(jù)已有的數(shù)據(jù)追蹤攻擊策略，可把攻擊者分為謹慎攻擊者和耐心攻擊者兩類。研究表明耐心攻擊者對數(shù)據(jù)的追蹤能力更強大[6]，本文采用耐心攻擊者模型。在巨大的利益驅(qū)動下，攻擊者配備了精良的裝備。對攻擊者模型做出如下假設(shè)：

(1) 攻擊者在追蹤數(shù)據(jù)發(fā)送的源節(jié)點時，不會對網(wǎng)絡(luò)運轉(zhuǎn)造成影響，不會破壞網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點。

(2) 攻擊者的監(jiān)聽范圍有限，與傳感器節(jié)點的通信半徑相同[11]。

(3) 本文數(shù)據(jù)包的內(nèi)容都經(jīng)過加密處理，攻擊者不能解密數(shù)據(jù)包、篡改數(shù)據(jù)包的內(nèi)容。

1.3 符號定義及數(shù)學(xué)模型

1.3.1符號定義

本文提出的ABRVR算法的符號定義如表1所示。

表1 ABRVR算法符號定義

1.3.2預(yù)期幻影源節(jié)點SPE數(shù)學(xué)模型

如圖1所示，設(shè)源節(jié)點的坐標(biāo)為S(XS,YS)，基站節(jié)點的坐標(biāo)為B(XB,YB)，預(yù)期幻影源節(jié)點SPE的坐標(biāo)SPE(XE，YE)，虛擬環(huán)的半徑為R。

圖1 預(yù)期幻影源節(jié)點示意圖

設(shè)(x，y)為直線LBS的任意一點，則直線LBS的方程可表示為：

y=kx+b

(1)

其中k、b可表示為：

b=YB-kXB

設(shè)(x，y)是虛擬環(huán)上的任意一點，則虛擬環(huán)的方程可表示為：

(x-XB)2+(y-YB)2=R2

(2)

聯(lián)立式(1)、式(2)，求出XE、YE：

y1=kx1+b

或

y2=kx2+b

如果|x1-XS|<|x2-XS|，則XE=x1，YE=y1，否則XE=x2，YE=y1。預(yù)期幻影源節(jié)點SPE的坐標(biāo)為：SPE(x1，y1)或SPE(x2，y2)。

2 ABRVR算法過程

2.1 ABRVR算法基本描述

基于隨機虛擬環(huán)的WSNs源位置隱私保護算法可以從以下四個階段描述：(1) 網(wǎng)絡(luò)初始化階段；(2) 定向路由階段；(3) 虛擬環(huán)路由階段；(4) 最短路徑路由階段。

基站節(jié)點B進行網(wǎng)絡(luò)初始化，每個節(jié)點得到相關(guān)信息。在源節(jié)點S初始化階段，源節(jié)點S隨機產(chǎn)生以基站節(jié)點B為圓心，以R(R∈[Rmin，Rmax])為半徑的虛擬環(huán)。源節(jié)點S沿最短路徑向虛擬環(huán)發(fā)送數(shù)據(jù)包，到達預(yù)期幻影源節(jié)點SPE的通信范圍停止，停止的節(jié)點即為幻影源節(jié)點SP1?；糜霸垂?jié)點SP1隨機產(chǎn)生路由角度θ(θ∈[-180°，180°])，從幻影源節(jié)點SP1開始，沿著虛擬環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，角度大于或等于|θ|停止，停止的節(jié)點即為幻影源節(jié)點SP2?；糜霸垂?jié)點SP2沿最短路徑把數(shù)據(jù)包發(fā)送到基站。

2.2 ABRVR算法具體流程

2.2.1網(wǎng)絡(luò)初始化階段

網(wǎng)絡(luò)初始化階段主要完成的任務(wù)是獲取網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點信息建立信息表，獲取節(jié)點的鄰居建立鄰居表。節(jié)點的信息表中存放節(jié)點的ID、坐標(biāo)、到基站的最小跳數(shù)Hop。節(jié)點的鄰居表中存放鄰居節(jié)點的ID、坐標(biāo)、到基站的最小跳數(shù)Teleport_Hop?；竟?jié)點B生成網(wǎng)絡(luò)初始化信息包NetworkInitial，在整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)廣播[12]。NetworkInitial={InformationType，Sink_Coordinate，Teleport_ID，Teleport_Coordinate，hop}，其中InformationType代表發(fā)送消息的消息類型；Sink_Coordinate代表基站的坐標(biāo)；Teleport_ID代表數(shù)據(jù)包發(fā)送節(jié)點的ID；Teleport_coordinate代表數(shù)據(jù)包發(fā)送節(jié)點的坐標(biāo)；hop代表數(shù)據(jù)包發(fā)送節(jié)點到基站節(jié)點所經(jīng)過的跳數(shù)，初始值為0。

設(shè)節(jié)點Q為網(wǎng)絡(luò)初始化階段中收到NetworkInitial信息包的節(jié)點，其處理信息包的過程如下：

Step1節(jié)點Q讀取NetworkInitial信息包，判斷是否首次收到NetworkInitial信息包，若首次收到，在鄰居表中存儲Teleport_ID、Teleport_Coordinate、Teleport_Hop轉(zhuǎn)Step 2；否則轉(zhuǎn)Step 3。

Step2節(jié)點Q判斷自己是否為基站節(jié)點，若是基站節(jié)點，停止轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包；否則存儲基站坐標(biāo)，更新Hop=hop+1，轉(zhuǎn)Step 4；

Step3節(jié)點Q查詢sender_ID是否在鄰居列表中，若在鄰居列表中，則更新此鄰居到基站的最小跳數(shù)Teleport_Hop=hop；否則在鄰居表中存儲Teleport_ID、Teleport_coordinate、Teleport_Hop。節(jié)點Q判斷hop+1和Hop大小，若hop+1

Step4節(jié)點Q更新NetworkInitial信息包中的Teleport_ID為節(jié)點Q的ID、Teleport_Coordinate為節(jié)點Q的坐標(biāo)、hop為Hop，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。

2.2.2定向路由階段

源節(jié)點S沿最短路徑向幻影源節(jié)點SP1發(fā)送數(shù)據(jù)包。設(shè)節(jié)點Q為定向路由階段中的任意節(jié)點，處理數(shù)據(jù)包過程如下：

Step1節(jié)點Q是源節(jié)點S，隨機產(chǎn)生以基站節(jié)點B為圓心、以R為半徑的虛擬環(huán)，計算預(yù)期幻影源節(jié)點SPE的坐標(biāo)。節(jié)點Q判斷自己到預(yù)期幻影源節(jié)點SPE的距離dEQ，若dEQ≤100，停止轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，節(jié)點Q視為幻影源節(jié)點SP1；否則轉(zhuǎn)Step 2。

Step2節(jié)點Q計算每個鄰居節(jié)點到預(yù)期幻影源節(jié)點SPE的距離，從距離SPE最近的節(jié)點中隨機選擇一個節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。

2.2.3虛擬環(huán)路由階段

幻影源節(jié)點SP1沿虛擬環(huán)向幻影源節(jié)點SP2轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。設(shè)節(jié)點Q為虛擬環(huán)路由階段中的任意節(jié)點，處理數(shù)據(jù)包過程如下：

Step1節(jié)點Q是幻影源節(jié)點SP1，隨機生成角度θ。節(jié)點Q檢查∠QBSP1(如圖2所示)與|θ|大小關(guān)系，若∠QBSP1≥|θ|，則視為到達幻影源節(jié)點SP2；否則轉(zhuǎn)Step 2。

Step2節(jié)點Q把鄰居節(jié)點以直線LQB(如圖2所示)為界分為順時針集合和逆時針集合。節(jié)點Q選擇與θ方向相同的集合，計算集合中每個節(jié)點到虛擬環(huán)的最短距離，從距離最短的節(jié)點中隨機選擇一個節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。

圖2 ABRVR算法流程示意圖

2.2.4最短路徑路由階段

幻影源節(jié)點SP2沿最短路徑向基站節(jié)點B轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。設(shè)節(jié)點Q為最短路徑路由階段中的任意節(jié)點，處理數(shù)據(jù)包的過程如下：

Step1節(jié)點Q檢查自己是否為基站節(jié)點B，若是基站節(jié)點B，停止轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包；否則轉(zhuǎn)Step 2。

Step2節(jié)點Q從鄰居表中選出到基站節(jié)點B距離最小的節(jié)點，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。

3 理論分析

源節(jié)點在定向路由階段初始化時，建立的虛擬環(huán)的半徑為R(R∈[Rmin，Rmax])，當(dāng)R取Rmax時建立的虛擬環(huán)最大，如圖3所示，Cmax是以B為圓心，Rmax為半徑的圓。源節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包時，傳輸路徑可能經(jīng)過Cmax的任何位置，因此攻擊者在Cmax內(nèi)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的概率可以用攻擊者的攻擊范圍除以Cmax的范圍表示。如圖3所示，Cmin是以B為圓心，(Rmax-r)為半徑的圓。當(dāng)攻擊者出現(xiàn)在Cmin范圍內(nèi)時，攻擊者攻擊范圍全部在Cmax內(nèi)部；當(dāng)攻擊者出現(xiàn)在Cmin與Cmax之間的范圍時，攻擊者的部分攻擊范圍會落在Cmax外。

圖3 虛擬環(huán)模型

(1) 攻擊者出現(xiàn)在Cmin范圍內(nèi)。

如圖3所示，CH是以攻擊者H為圓心，r為半徑的圓。CH的面積SH為：

SH=πr2

Cmax的面積Smax為：

攻擊者捕獲數(shù)據(jù)包的概率Pi用SH除以Smax表示：

(3)

(2) 攻擊者出現(xiàn)在Cmin與Cmax之間的范圍。

設(shè)攻擊者到基站的距離為dHB(dHB∈((Rmax-r)，Rmax])，攻擊者捕獲數(shù)據(jù)包的概率隨著dHB的變化而變化。對于dHB相同而位置不同的攻擊者即攻擊者在同一虛擬環(huán)上，攻擊者捕獲數(shù)據(jù)包的概率是相同的。設(shè)在此范圍攻擊者捕獲數(shù)據(jù)包的概率為Pe，Pe可由dHB取各個不同值時攻擊者捕獲數(shù)據(jù)包概率的平均值表示。

如圖3所示，在△BHF中，dBF=Rmax、dHF=r，∠HBF、∠BHF分別為：

如圖3所示，△BHF≌BHD，S△BHF=S△BHD，由海倫公式可得，S△BHF為：

在CH中，朝向基站方向?qū)?yīng)的扇形面積SDFH為：

如圖3所示，CH與Cmax相交的面積SHB為：

SHB=SDFH+SDFB-S△BHF-S△BHD=

設(shè)此時攻擊者H捕獲數(shù)據(jù)包的概率為PH，PH可由CH與Cmax相交的面積SHB除以Smax表示。

Pe可由dHB取各個不同值時攻擊者捕獲數(shù)據(jù)包概率和的平均值表示：

(4)

(3) 攻擊者捕獲源節(jié)點的概率P。

當(dāng)源節(jié)點出現(xiàn)在Cmax范圍外時，過源節(jié)點S和基站節(jié)點B做直線LBS，LBS與Cmax相交于S′，當(dāng)攻擊者到達以為S′圓心，以r為半徑的圓的范圍時，即視為源節(jié)點被發(fā)現(xiàn)。如圖3所示，CS′是以S′為圓心，r為半徑的圓。設(shè)攻擊者在捕獲源節(jié)點時在Cmax范圍移動了Ji跳、在Cmin與Cmax之間的范圍移動了Je跳，攻擊者捕獲源節(jié)點的概率P為：

(5)

由式(5)得，攻擊者捕獲數(shù)據(jù)包的概率與Ji、Je相關(guān)，當(dāng)源節(jié)點傳送數(shù)據(jù)包到基站的傳送次數(shù)增加時，Ji、Je之和也會增加，從而使P減小即攻擊者捕獲數(shù)據(jù)包的概率減??；當(dāng)源節(jié)點傳送數(shù)據(jù)包到基站的傳送次數(shù)減少時，Ji、Je之和也會減少，從而使P增加即攻擊者捕獲數(shù)據(jù)包的概率增大。綜上，ABRVR算法的安全周期與通信開銷呈正相關(guān)，通信開銷越大則安全周期越高；通信開銷越小則安全周期越低。

4 仿真與分析

本文用MATLAB R2017b進行仿真實驗，評估算法性能。為實現(xiàn)傳感器節(jié)點均勻分布，將6 000 m×6 000 m的區(qū)域均勻劃分成100×100個大小相同的網(wǎng)格，10 000個傳感器節(jié)點初始位于各個網(wǎng)格中心。為模擬自然狀態(tài)下傳感器節(jié)點的隨機分布情況，給各個傳感器節(jié)點加一個服從正態(tài)分布的隨機擾動值ε(ε～N(μ,σ2))[6]，使傳感器節(jié)點隨機出現(xiàn)在網(wǎng)格中的任意位置。在本文的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，源節(jié)點隨機選擇，基站節(jié)點位于網(wǎng)絡(luò)中心。

4.1 虛擬環(huán)半徑選擇范圍

ABRVR算法中不同的虛擬環(huán)半徑取值，對應(yīng)的算法安全周期和通信開銷結(jié)果不同。本文通過實驗，對比虛擬環(huán)半徑從100 m到3 000 m時安全周期和通信開銷的變化。圖4是R取值不同時的安全周期變化示意圖。圖5是R取值不同時的通信開銷變化示意圖。其中R400、R800、R1200、R1600、R2000、R2400、R2800分別代表虛擬環(huán)的半徑R為400 m、800 m、1 200 m、1 600 m、2 000 m、2 400 m、2 800 m。

圖4 安全周期示意圖

圖5 通信開銷示意圖

由圖4、圖5可知，當(dāng)虛擬環(huán)半徑R小于1 600 m時，安全周期顯著提高，通信開銷的增加在可接受范圍之內(nèi)，因此虛擬環(huán)半徑R的最小值取1 600 m；當(dāng)虛擬環(huán)半徑R大于2 400 m時，安全周期提高很小，通信開銷增長較大，因此虛擬環(huán)半徑R的最大值取2 400 m。

4.2 通信開銷

ABRVR算法虛擬環(huán)半徑取值R∈[1 600,2 400]，為確保實驗的公平性，單徑幻影路算法和PUSBRF算法隨機步跳數(shù)取25跳，APS算法幻影源環(huán)形區(qū)域范圍取1 600～2 400 m，四種算法通信開銷變化如圖6所示。

圖6 通信開銷示意圖

由圖6可知，單徑幻影路由算法和PUSBRF算法通信較小且大小相當(dāng)；APS算法的通信開銷相比單徑幻影路由算法和PUSBRF算法明顯增加；ABRVR算法的通信開銷最大。單徑幻影路由算法和PUSBRF算法在隨機步路由階段都是固定隨機步的跳數(shù)傳送數(shù)據(jù)包，在最短路徑路由階段通過最短路徑傳送數(shù)據(jù)包到達基站，數(shù)據(jù)包傳送次數(shù)相比其他算法少，因此通信開銷較??；PUSBRF算法在單徑幻影路由算法的基礎(chǔ)上做了進一步改進，通過源節(jié)點有限洪泛階段保證數(shù)據(jù)包傳輸時每一跳都遠離源節(jié)點，因此通信開銷增大。APS算法在上述兩個算法的基礎(chǔ)上增加了圓周路由階段，因此相比單徑幻影路由算法和PUSBRF算法通信開銷增加。ABRVR算法在定向路由階段需要向虛擬環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，在圓周路由階段需要路由隨機角度，都大量增加了數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)，因此通信開銷最大。

圖6還表明，ABRVR算法的通信開銷變化呈現(xiàn)先下降后上升趨勢。當(dāng)源節(jié)點到基站跳數(shù)在5跳到25跳時，隨著源節(jié)點到基站的跳數(shù)的增加通信開銷不斷減少，這是由于當(dāng)源節(jié)點距離基站跳數(shù)增加時，相對應(yīng)的到虛擬環(huán)選擇區(qū)域的距離就會越近，在定向路由階段向虛擬環(huán)發(fā)送數(shù)據(jù)包需要轉(zhuǎn)發(fā)的次數(shù)減少；當(dāng)源節(jié)點到基站跳數(shù)在25跳到50跳之間時，隨著源節(jié)點到基站跳數(shù)的增加通信開銷不斷增大，這是由于當(dāng)源節(jié)點到基站的跳數(shù)增加時，源節(jié)點在遠離虛擬環(huán)選擇區(qū)域，在定向路由階段向虛擬環(huán)發(fā)送數(shù)據(jù)包需要轉(zhuǎn)發(fā)的次數(shù)增加。

4.3 安全周期

四種算法安全周期實驗條件與通信開銷實驗條件相同，安全周期變化如圖7所示。

圖7 安全周期示意圖

由圖7可知，單徑幻影路由算法的安全周期最低，ABRVR算法的安全周期最高。單徑幻影路由算法在隨機步過程中，不能保證每一跳都遠離源節(jié)點，造成安全周期最低。PUSBRF算法改進了單徑幻影路由算法的缺點，保證了隨機步過程中每一跳都遠離源節(jié)點，提高了安全周期。APS算法增加了圓周路由階段，通過圓周路由進一步增加了幻影源節(jié)點選擇的隨機性和地理位置選擇的多樣性，進一步提高了安全周期，但在最短路徑路由階段可能會經(jīng)過源節(jié)點附近，影響算法性能。ABRVR算法改變上述算法以源節(jié)點為中心的傳輸數(shù)據(jù)過程，以基站為中心，在定向路由階段每次隨機選擇虛擬環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包并且保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿恳惶歼h離源節(jié)點，在虛擬環(huán)路由階段數(shù)據(jù)包沿虛擬環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)隨機的角度增加了幻影源節(jié)點選擇的隨機性；同時，幻影源節(jié)點在虛擬環(huán)上各個位置出現(xiàn)的概率相同，大大增加了其地理位置選擇的多樣性，有效抵御攻擊者的回溯攻擊，因此相比其他三種算法其安全周期顯著提高。

同時，由圖7可知，當(dāng)源節(jié)點距離基站較近時安全周期相比其他三種算法明顯提高。首先，當(dāng)源節(jié)點距離基站較近時，源節(jié)點向虛擬環(huán)發(fā)送數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)增加即數(shù)據(jù)傳輸路徑增長，攻擊者回溯攻擊時間加長，因此安全周期提高；其次，當(dāng)源節(jié)點距離基站較近時，ABRVR算法在定向路由階段保證了數(shù)據(jù)包傳送時每一跳都遠離源節(jié)點和基站節(jié)點，攻擊者攻擊時間延長，提高了安全周期；最后，當(dāng)源節(jié)點距離基站較近時，ABRVR算法在定向路由階段選擇隨機的虛擬環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包、在虛擬環(huán)路由階段以隨機角度轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，兩個階段提高了幻影源節(jié)點地理位置選擇的多樣性，進一步提高了安全周期。

圖7還表明，首先當(dāng)源節(jié)點距離基站跳數(shù)在5跳到10跳時，安全周期呈增長趨勢。當(dāng)源節(jié)點距離基站跳數(shù)在5跳左右時源節(jié)點距離基站過近，對源節(jié)點位置隱私安全影響較大，造成安全周期較低；隨著源節(jié)點距離基站跳數(shù)的增加，對源節(jié)點位置隱私安全影響逐漸減小，安全周期逐漸提高；其次，ABRVR算法的安全周期變化大體呈現(xiàn)先下降后上升趨勢。在一般情況下，數(shù)據(jù)包傳輸?shù)拇螖?shù)越多，攻擊者找到源節(jié)點的時間越長；數(shù)據(jù)包傳輸?shù)拇螖?shù)越少，攻擊者找到源節(jié)點的時間越短。當(dāng)源節(jié)點距離基站較近時，在定向路由階段需要增加數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的次數(shù)才能使數(shù)據(jù)包到達虛擬環(huán)，通信開銷增大；當(dāng)源節(jié)點出現(xiàn)在虛擬環(huán)選擇區(qū)域時，在定向路由階段的數(shù)據(jù)包傳送次數(shù)減少，造成通信開銷減少；當(dāng)源節(jié)點距離基站較遠時，在定向路由階段需要增加數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的次數(shù)才能使數(shù)據(jù)包到達虛擬環(huán)，因此對應(yīng)安全周期的變化是先下降后上升趨勢。

由式(5)得，攻擊者找到源節(jié)點的概率與數(shù)據(jù)包傳輸?shù)拇螖?shù)相關(guān)，數(shù)據(jù)包傳輸次數(shù)越多，攻擊者找到源節(jié)點的概率越?。粩?shù)據(jù)包傳輸次數(shù)越少，攻擊者找到源節(jié)點的概率越小，因此ABRVR算法安全周期的變化呈先下降后上升趨勢。綜上，理論分析與實驗結(jié)果相符，ABRVR算法安全周期變化呈先下降后上升趨勢。

5 結(jié) 語

本文提出的ABRVR算法，改善了幻影路由算法中源節(jié)點距離基站節(jié)點較近時安全周期低的問題。該算法改變傳統(tǒng)的幻影路由算法以源節(jié)點為中心的數(shù)據(jù)傳輸過程，以基站為中心，增加定向路由階段和虛擬環(huán)路由階段，提高了幻影源節(jié)點地理位置選擇的隨機性和數(shù)據(jù)包傳輸路徑的多樣性。理論分析表明，ABRVR算法的安全周期與通信開銷呈正相關(guān)。實驗結(jié)果表明，在源節(jié)點距離基站較近時，算法的安全性能得到明顯提升。