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无线传感网络(Wireless Sensor Network)是由许多小型或微型的无线传感器结点所组成的无线自组织网络,它在军事和民用中都有广泛的应用,如监测敌人的动态、监测水环境的污染状况以及采集深山老林中的气象信息等,因此吸引了国内外许多学者对其进行研究。随着研究的深入,无线传感网更多的应用于收集人们生活中的隐私数据,在这种情况下,在数据聚集过程中对原始数据进行隐私保护将变得尤为重要。例如,在收集某小区居民的水电、煤气用量的峰值和均值以便有关部门进行分配调度时,需要对用户的原始数据进行保护,以免泄露用户的隐私。因此在无线传感网络的研究中,设计高效的具有隐私保护功能的数据聚集算法,降低通信带宽,提高网络的寿命和安全性具有十分重要的意义。为了研究的方便,本文根据聚集协议功能的不同,把协议分成三类:求和类、求最值类和求百分比类。目前国内外现有的保护隐私数据聚集算法,除PEQ(Privacy-preserving Scheme for Exact Query Evaluation)算法外,其它算法都只能聚集某一类数据,功能单一,应用起来具有一定的局限性。虽然PEQ算法可以进行全功能的数据聚集,但它是基于矩阵运算的每次数据聚集的通信开销和计算量都比较大。针对上述问题,本文设计了两种基于数据混淆的数据汇集算法PCPDA(Polling in Cluster of Privacy-preserving DataAggregation)和SCPDA(Secret Confusion of Privacy-preserving DataAggregation)。
PCPDA协议是一种基于簇内数据轮转的数据聚集协议,在进行数据聚集时,每个簇头节点生成一个带有干扰数据的查询包,查询包通过一定的顺序依次轮转经过簇内每个节点,最终又回到簇头节点,簇头节点得到查询结果后,把簇内的查询结果通过路由树聚集到查询节点。该协议虽然只能聚集求和类和最值类的数据,但其计算量的通信开销都远小于同类的其他协议,通信量最多只有其他协议的三分之一。
在PCPDA协议的基础上,本文又设计了一种全功能的SCPDA数据聚集协议,该协议是一种基于数据混淆的数据聚集协议,SCPDA协议在进行数据聚集时每个节点都把向原始数据中加入混淆数据,数据聚集结束后查询节点再删除混淆数据,从而得到网络中的所有原始数据。SCPDA协议可以聚集所有类型的统计数据,通信量和计算量比同功能的PEQ协议降低了一个数量级。