一種用于網絡位置隱私保護的動態路由算法

智淑敏，劉靜靜

（鄭州澍青醫學高等專科學校 衛生管理系，河南 鄭州 450064）

一種用于網絡位置隱私保護的動態路由算法

智淑敏，劉靜靜

（鄭州澍青醫學高等專科學校 衛生管理系，河南 鄭州 450064）

在無線自組織網絡中，需要通過對網絡位置變化的路由進行動態規劃和設計，提高對網絡位置變化過程中的隱私保護能力。提出一種基于鏈路沖突自回歸線性均衡的網絡位置隱私保護的動態路由算法。首先構建了移動社會網絡的體系結構模型和路由控制協議，對移動網絡位置動態變化過程中的隱私數據信息進行特征提取和數據轉發的鏈路沖突調整，采用自回歸線性均衡方法對網絡位置隱私保護路由鏈路進行自適應均衡設計，通過路由能量補給提高網絡的可靠度，實現路由算法改進。實驗分析結果表明，該動態路由算法能有效提高了移動社會網絡的數據轉發成功率，降低了數據轉發延遲的，提高隱私保護有效性。

隱私保護；網絡；路由算法；均衡

隨機計算機網絡和衛星定位技術的發展，移動無線自組織網絡廣泛應用在衛星通信網絡、車載網絡和移動通信網絡中。在移動無線通信的網絡社會中，虛擬空間與現實世界是現代人們同時生存的兩個社會空間，在過去，這兩個空間的相關性不是太大，主要是技術層面實現難度大。移動社交網絡為解決技術方面的困難提供了思路，提升了人們彼此交流的機會。它起到了一個橋梁作用，連接了虛擬世界和現實空間兩個層面，但是由于信息的感知速度的加快和網絡的開放性，導致在虛擬的網絡空間中，由于網絡位置的變化和節點定位的更新，導致網絡用戶隱私的泄露，影響網絡安全。需要設計一種用于網絡位置變化的隱私保護動態路由算法，提高網絡空間中的隱私保護性能，相關的算法研究在網絡安全領域受到人們的極大重視。

通過對網絡位置變化的路由進行動態規劃和設計，提高對網絡位置變化過程中的隱私保護能力，傳統方法中，對移動網絡的路由算法主要有基于混合遺傳進化的路由規劃算法、基于BP神經網絡控制的路由算法和基于不規則三角網模型的路由算法等[1-3]，隨著人們對無線網絡路由算法研究的深入，取得了一定的研究成果，其中，文獻[4]提出一種基于剩余能量類間均衡網絡位置變化的路由規劃設計，采用動態自適應均衡技術進行路由分發的信道均衡設計，采用自相關匹配濾波進行抗干擾設計，提高了網絡位置變化的隱私保護能力，但是該算法隨著網絡外界信息攻擊強度的增大，對隱私保護的性能縮減，且該路由算法設計中計算開銷較大，需要進行算法改進；文獻[5]提出一種基于分簇競爭合作博弈的網絡位置隱私保護的動態路由算法，采用泛洪機制保證了接收節點的層級和位置的特征匹配，在此基礎上采用自適應均衡合作博弈，實現路由分發機制優化，提高了網絡隱私保護的能力，但是該方法在受到較強的干擾下，隱私保護性能不佳。針對上述問題，文中提出一種基于鏈路沖突自回歸線性均衡的網絡位置隱私保護的動態路由算法[6-9]。首先構建了移動社會網絡的體系結構模型和路由控制協議，對移動網絡位置動態變化過程中的隱私數據信息進行特征提取和數據轉發的鏈路沖突調整，采用自回歸線性均衡方法對網絡位置隱私保護路由鏈路進行自適應均衡設計，以此為基礎實現路由算法改進。最后通過仿真實驗進行了性能測試，展示了文中算法在實現路由優化設計和隱私保護中的優越性能，得出有效性結論。

1 位置變化動態移動網絡的結構模型和路由協議設計

1.1 位置變化動態移動網絡的結構模型

為了實現對網絡位置隱私保護的動態路由算法的有優化設計，首先構建位置變化的動態移動網絡的結構模型，位置變化動態移動網絡建立在社交網絡的基礎上，傳統社交網絡在構建模型時以虛擬人為基礎，在web網絡分析時，均是以人們之前的歷史數據為基礎，分析虛擬人的行為，分析結果有滯后性。而本文所提的移動社交網絡，其主體是以現實中的人為基礎進行建模，以客戶端的數據進行實時的分析，更能體現人類的行為和社會交互的及時性，數據的分析結果可信性更強。本文在移動網絡設計中，借助移動社交網絡能夠實現所見即所得式的服務，因為人們利用移動終端的數據可以即時的上傳到服務器，實行無縫連接[10-14]，綜上分析，得到移動網絡的體系結構模型如圖1所示。

圖1 移動社會網絡的體系結構模型

在移動社會網絡中，人們不斷的移動，移動社交網絡有這個特點，能實時的感知數據，（x）表示移動社交網絡傳感器節點i在數據鏈路層傳輸的路徑j中的特征衰減概率。首先對移動社會網絡的數據采集的特征向量x在某一變換基Ψ（N×N）上進行分數階傅里葉變換，得x=Ψs。s是最小支配集向量x的經驗模態分解系數，當s中非零元素個數最多為k時，移動社會網絡以漸進方式收集x中的活動節點。然后采用一個M×N的特征空間矩陣φ對x進行不確定數據采樣，得到M×1的測量值y=φx，最后，當移動社會網絡各傳感器節點收到M個測量值y后，通過求解l1范數量化噪聲精確地重構出移動社會網絡結構模型x。綜上分析，得到本文研究的面向網絡位置隱私保護的移動社會網絡的數據傳輸和路由分發模型如圖2所示。

圖2 面向網絡位置隱私保護的移動社會網絡的數據傳輸和路由分發模型

1.2 移動社會網絡隱私保護的路由協議設計

在上述進行了面向網絡位置隱私保護的移動社會網絡結構模型設計的基礎上，進行隱私保護路由協議設計，在移動網絡中，隨著移動社會網絡位置的變化，在數據收發過程中出現數據失真和泄露，這是因為路由分發過程中的鏈路沖突導致的，采用鏈路沖突抵消算法，進行移動社會網絡隱私保護的路由協議設計[15]。首先，利用Cholesky分解技術從移動社會網絡感知信道i轉換到感知信道j的總到達率為。引入鏈路沖突的抵消代價函數：

其中，ωs前端等效距離，ωe自適應均衡加權系數，采用隨機采樣分割處理辦法，得到移動社會網絡分簇路由下的鏈路沖突抵消的置信概率用公式表達為：

上式中，ru（0＜ru＜s）表示靜態路由子節點的均衡性能參數，α1，α2，β1，β2分別對應移動社會網絡路由的模糊邏輯控制檢測系數。在n跳后，層和層之間的正確傳輸的概率為：

采用移動社會網絡的動態分層最小競爭異步路由設計方法，在經歷n跳后數據無泄漏傳輸的概率為PAOMDV，得到：

·ReEnc（param，CTi，rkij）：移動社會網絡數據聚集容錯序列中k′=e（C1，rk4ij）k，把IDi的第l層網絡隱私保護協議CTIDi轉換成IDj的第l+1層的密鑰CTIDj：

通過上述步驟，采用鏈路沖突抵消方法，實現了移動社會網絡隱私保護的路由協議設計，得到優化后的移動社交網絡的路由數據交互節點模型如圖3所示。

圖3 移動社交網絡的路由數據交互節點模型

2 動態路由算法改進實現

2.1 問題的提出與特征提取

在上述進行了移動社交網絡的網絡結構分析和路由設計的基礎上，進行網絡隱私位置保護的動態路由算法優化設計，當前方法采用分簇競爭合作博弈的網絡位置隱私保護的動態路由算法，采用泛洪機制保證了接收節點的層級和位置的特征匹配，進行路由算法設計，在受到較強的干擾下，隱私保護性能不佳。為了克服傳統方法的弊端，文中提出一種基于鏈路沖突自回歸線性均衡的網絡位置隱私保護的動態路由算法。對移動網絡位置動態變化過程中的隱私數據信息進行特征提取和數據轉發的鏈路沖突調整，路由路徑搜索中的鏈路沖突轉發協議描述為：

上式中，C1、C2、C3移動網絡中的人員定位的頻段，根據移動臺所處的小區ID號來確定用戶的位置，得到：

通過大區域覆蓋進行動態路由規劃，從密度較大的節點中隨機采樣τ+1個樣本得到電報、數傳輸和全球定位等服務的傳輸密鑰為：

通過鏈路（k，i）隨機采樣τ+1個樣本，發送位置增量更新消息x0，x1，…，xτ，顯然：

在此基礎上，對節點i處的路由協議沖突向量進行密鑰部署和特征提取，鏈路層的輸出的節點i處的路由協議沖突特征提取結果為：

定義的somewhat同態模式，經過離散射線變換，在給定密文A的情況下進行自適應鏈路跨層編碼，得到隱私泄露的概率為1/2+ε，通過上述特征提取結果，為進行路由算法優化設計提供準確的數據基礎。

2.2 路由算法改進實現

在對移動網絡位置動態變化過程中的隱私數據信息進行特征提取和數據轉發的鏈路沖突調整的基礎上，為了克服動態路由數據分發過程中的干擾，提高隱私保護性能，采用自回歸線性均衡方法對網絡位置隱私保護路由鏈路進行自適應均衡設計，自回歸線性均衡方程描述為：

分別用c、C、sc和dc表示移動社交網絡中網絡通信信道的源節點和目的節點的隱私泄露的概率密度函數，采用自回歸線性均衡方法，對路由鏈路層中的特征矢量進行線性分解：

Sink節點轉發同一個分組的隱私數據的保護信息檢驗統計量為：

對鏈路層中的鄰居表信息和剩余能量進行級聯濾波檢測，為了移動網絡避免部分節點能量耗盡，引入了一個綜合轉發因子Sn，進行路由能量補給，其中：

通過上述設計，采用方法對網絡位置隱私保護路由鏈路進行自適應均衡設計，提高了移動社交網絡中的路由均衡性能和隱私保護能力。

3 仿真實驗與性能分析

為了驗證本文設計的動態路由算法在實現路由優化設計和隱私保護中的應用性能，進行仿真實驗。仿真實驗采用Matlab進行數學仿真，首先建立移動社會網絡的網絡結構模型，無線移動社會網絡的通信節點部署區域為一個1 200 m× 1 200 m的二維區域，隨機分布1 2 000個用戶節點，每個用戶節點在通過路由設計進行數據傳輸和移動通信，通信的覆蓋半徑為R=1 000 m，移動社會網絡Sink節點的信息感知為半徑Rs=25 m，每通道都有一個Delta-Sigma ADC，原始數據的采樣頻率為1.945 8 Hz，時間復雜度函數為12 s，在頻域上（1024點FFT）進行隱私數據信息采樣的間隔為100 Hz，網關位置為（0，0）。根據上述仿真環境和參數設定，構建隱私保護協議，基于移動社交網絡隱私保護機制，進行隱私保護開銷預算，通過FIFO RAM緩沖區連續的發送到主控計算機上進行程序加載和數據測試，進行了20組實驗，由此進行路由算法設計，為了對比算法性能，采用本文算法和傳統方法，以數據轉發成功率，轉發延遲和隱私保護的有效度為測試指標，得到仿真結果如圖4～6所示。

圖4 數據轉發成功率

圖5 路由分發延遲

從圖可見，采用本文算法進行網絡位置隱私保護的動態路由設計，有效提高了數據轉發成功率，降低了數據轉發延遲的同時，提高了隱私保護能力，性能優越于傳統方法。

圖6 隱私保護的有效度

4 結束語

本文研究了路由優化設計問題，針對移動網絡中隱私泄露的問題，文中提出一種基于鏈路沖突自回歸線性均衡的網絡位置隱私保護的動態路由算法。首先構建了移動社會網絡的體系結構模型和路由控制協議，對移動網絡位置動態變化過程中的隱私數據信息進行特征提取和數據轉發的鏈路沖突調整，通過自適應鏈路均衡設計，實現路由算法改進。研究表明，采用該動態路由算法能有效提高了移動社會網絡的數據轉發成功率，降低了數據轉發延遲的，提高隱私保護有效性，展示了較好的應用前景，保護了網絡安全。

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A dynamic routing algorithm for network location privacy protection

ZHI Shu-min，LIU Jing-jing
（Department of Health Management，Zhengzhou Shuqing Medical College，Zhengzhou 450064，China）

In wireless ad hoc networks，the need for dynamic planning and design for the network through the changes of location routing，improve the ability of network privacy protection in the process of change of position.This paper proposes a dynamic routing algorithm based on link conflict network location privacy protection of the balanced linear regression.First establishes the system structure model and routing in mobile social network control protocol，link conflict adjustment feature extraction and data forwarding of data privacy information changes during the dynamic position in the mobile network，the autoregressive linear equalization method for network location privacy protection routing link design using adaptive equalization，improve network reliability by routing energy supply，improved routing algorithm.The simulation results show that the dynamic routing algorithm can effectively improve the mobile social network data forwarding success rate and reduce the data forwarding delay，improve the effectiveness of privacy protection，showing good application value.

privacy protection；network；routing algorithm；equilibrium

TP393

A

1674－6236（2016）15-0028-04

2016-03-17 稿件編號：201603223

國家自然科學基金（60545689）

智淑敏（1979—），女，河南鄭州人，碩士，講師。研究方向：計算機網絡、數據挖掘。