基于壓縮感知的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)隱秘傳輸研究.pdf

1、隨著我國城市化進(jìn)程的不斷加快，作為新一代信息技術(shù)支撐、知識(shí)社會(huì)下一代創(chuàng)新環(huán)境下的城市形態(tài)，智慧城市的理念越來越被大眾所重視。物聯(lián)網(wǎng)(Internetof Things，IOT)是智慧城市的核心技術(shù)之一，具有極大的發(fā)展?jié)摿透偁幜?。目前，物?lián)網(wǎng)概念的不斷發(fā)展和各類應(yīng)用的不斷推進(jìn)，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)成為一類重要的模式，同時(shí)數(shù)據(jù)的安全性也成了一個(gè)亟待解決的關(guān)鍵問題。因此，如何在作為物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中安全且隱秘的傳輸敏感數(shù)據(jù)成為一項(xiàng)重要的研

2、究課題。傳統(tǒng)基于密鑰協(xié)商、管理機(jī)制的對稱加解密數(shù)據(jù)的方式具有較高的運(yùn)算復(fù)雜度、通信開銷和能量消耗，不適用于資源有限的傳感器節(jié)點(diǎn)。
　　作為近年來新興的信號(hào)處理方式，壓縮感知(Compressive Sensing，CS)理論具備的編碼簡單、解碼復(fù)雜特點(diǎn)，與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)節(jié)點(diǎn)資源有限、基站計(jì)算和能源充足的結(jié)構(gòu)特性十分契合。因此，本論文在大量文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上，以實(shí)現(xiàn)WSN中數(shù)據(jù)

3、的安全隱秘傳輸為切入點(diǎn)，提出基于CS理論的數(shù)據(jù)安全隱秘傳輸算法，研究并實(shí)現(xiàn)適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的新穎且具有信息隱藏特點(diǎn)的安全傳輸模型。
　　本文首先對WSN和CS的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)的分類和總結(jié)，給出其研究動(dòng)態(tài)和最新研究方向;對于WSN與CS、信息隱藏等相互結(jié)合的研究現(xiàn)狀進(jìn)行闡述，指出采用CS方法對WSN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全傳輸?shù)倪m用性和有效性。采用MATLAB軟件模擬構(gòu)建了一個(gè)具有噪聲和丟包特點(diǎn)的無線傳輸信道，該信道由噪聲函數(shù)發(fā)生器和丟

4、包控制函數(shù)組成，通過對參數(shù)的調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)多種信道的控制。
　　其次，論文對CS基本理論的信號(hào)稀疏化、采樣和重構(gòu)過程大量調(diào)研和總結(jié)的基礎(chǔ)上，針對單跳WSN信道丟包提出一種基于CS的數(shù)據(jù)隱秘信息傳輸算法，建立了一個(gè)CS數(shù)據(jù)隱秘傳輸和重構(gòu)的模型。在WSN節(jié)點(diǎn)端的編碼過程中，節(jié)點(diǎn)通過數(shù)據(jù)感知單元采集不同的數(shù)據(jù)，采集的敏感數(shù)據(jù)通過CS嵌入算法加載到常規(guī)數(shù)據(jù)中構(gòu)成目標(biāo)傳輸信號(hào);在有損信道中，目標(biāo)傳輸信號(hào)會(huì)發(fā)生一定的丟包率;基站端解碼部分接收

5、傳輸?shù)男盘?hào)，采用基本CS重構(gòu)算法獲取傳輸?shù)拿舾袛?shù)據(jù)和常規(guī)數(shù)據(jù)。此處我們采用均方誤差作為信號(hào)重構(gòu)精度的衡量標(biāo)準(zhǔn)。仿真結(jié)果表明:當(dāng)無線信道存在一定丟包率時(shí)，本算法能夠很好地抵御信道丟包;甚至當(dāng)信道丟包率較高時(shí)仍能精確重構(gòu)原始的敏感數(shù)據(jù)和常規(guī)載體數(shù)據(jù)。
　　最后，針對無線信道中存在的噪聲干擾，論文提出一種基于貝葉斯壓縮感知（Bayes Compressive Sensing，BCS）噪聲信道數(shù)據(jù)隱秘傳輸?shù)乃惴?。?jīng)過理論驗(yàn)證BCS框架對消

6、除噪聲的有效性后，利用仿真軟件實(shí)現(xiàn)目標(biāo)數(shù)據(jù)在噪聲和丟包無線信道的傳輸和重構(gòu)。仿真結(jié)果表明:在噪聲和丟包信道中，BCS算法具有較強(qiáng)的魯棒性，能夠精確重構(gòu)出原始的隱秘?cái)?shù)據(jù)和常規(guī)數(shù)據(jù)，相比較于基追蹤和凸優(yōu)化等基本重構(gòu)方法具有更快的收斂速度和更高的重構(gòu)精度。
　　綜上所述，本文能夠?qū)崿F(xiàn)利用壓縮感知技術(shù)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)安全隱秘傳輸，研究內(nèi)容能夠?yàn)閃SN的發(fā)展提供一種新的思路。在一定程度上促進(jìn)壓縮感知、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以及信息隱藏等領(lǐng)域