基于隐私保护的两层无线传感器网络Top-k查询

摘要

随着信息化和智能化技术的高速发展，无线传感器网络的应用技术正逐渐成为解决智能化的重要手段。它可以应用于民用、军事等各个领域，因此拥有广阔的应用前景。两层无线传感器网络由于其寿命长、易扩展的特点，成为当今传感器网络研究领域的热点。Top-k查询是传感器网络中的重要查询类型，现今大多数相关的Top-k查询技术往往是涉及到模糊查询，而没有做到精确查询。
　　如何在保证查询结果精确性和正确性的基础上保护检测对象的敏感数据隐私，已经成为一个极富挑战性的问题。如在野外定位保护动物的位置，需要对位置数据进行隐私保护。使用加密算法保护数据的代价较高，此外攻击者仍然可以通过捕获节点获得密钥信息。另外，一些被捕获的节点还有可能利用网络中的数据隐藏特性，恶意修改或者非法处理相关数据，使得查询的结果出现错误，因此，有必要对所接收的数据进行完整性验证，保证结果的真实性和可靠性。
　　为了能够在 Top-k查询中实现保护数据隐私性，同时保证数据的完整性，本文提出了一种新的支持隐私保护和完整性验证的精确 Top-k查询算法 PI-TQ(Privacy-preserving Integrity-verification Top-k Query)。该算法使用二次查询减少数据通信量，利用基于干扰数扰动的算法实现隐私保护，并采用概率空间邻居验证模式实现完整性验证。仿真结果表明，PI-TQ算法与同类算法相比较，可以大大减少查询的通信量和计算代价，同时保证查询结果的正确性、隐私性和完整性。
　　本文将PI-TQ查询算法应用到基于光传感器的动物行为检测上，通过光传感器感知动物经过了某一位置，记录一段时间经过该位置的次数，通过 Top-k查询系统查询出动物经过次数最多的位置，进而研究某种动物的行为习性。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容与工作

1.4 论文各章节安排

第二章 两层无线传感器网络与数据查询技术

2.1 两层无线传感器网络简介

2.2 两层无线传感器网络中的Top-k查询技术

2.3 本章小结

第三章 隐私保护Top-k查询的应用

3.1 Top-k查询应用于动物习性检测

3.2 Top-k查询面临的技术问题

3.3 Safe-TQ算法基本流程

3.4 本章小结

第四章 精确Top-k查询协议PI-TQ

4.1系统模型

4.2 PI-TQ算法

4.3 PI-TQ算法隐私性分析

4.4 PI-TQ算法完整性分析

4.5本章小结

第五章 PI-TQ算法实验及性能分析

5.1仿真工具

5.2 PI-TQ算法实验

5.3 PI-TQ算法仿真结果分析

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1论文工作总结

6.2论文不足与展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢