可穿戴無線網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)融合方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種可穿戴無線網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)融合方法。傳感器節(jié)點(diǎn)收集到數(shù)據(jù)之后，根據(jù)證據(jù)轉(zhuǎn)化函數(shù)對識別框架中的焦元進(jìn)行賦值，得到證據(jù)區(qū)間，對證據(jù)區(qū)間進(jìn)行預(yù)處理，使得預(yù)處理后的證據(jù)區(qū)間能夠滿足乘法的同態(tài)加密算法；各個傳感器節(jié)點(diǎn)將預(yù)處理后的證據(jù)區(qū)間傳輸給融合節(jié)點(diǎn)，融合節(jié)點(diǎn)對接收到的證據(jù)區(qū)間進(jìn)行乘法融合，得到數(shù)據(jù)組，將數(shù)據(jù)組傳輸給基站；基站將接收到的各個數(shù)據(jù)組進(jìn)行乘法融合，得到數(shù)據(jù)融合結(jié)果。本發(fā)明針對可穿戴網(wǎng)絡(luò)中的Dempster合并規(guī)則，在傳感器節(jié)點(diǎn)處先對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，使其在中間節(jié)點(diǎn)融合時只需要進(jìn)行乘法運(yùn)算，滿足同態(tài)加密方案的要求，提高了數(shù)據(jù)融合過程的安全，減少了中間節(jié)點(diǎn)的加解密運(yùn)算，降低了網(wǎng)絡(luò)的計算開銷。
【專利說明】
可穿戴無線網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)融合方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及數(shù)據(jù)融合技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種可穿戴無線網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)融合方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor化twork,WSN)是由大量的傳感器節(jié)點(diǎn)W自組 織和多跳的方式所組成的一種網(wǎng)絡(luò)。它具有非常廣闊的應(yīng)用場景，隨著通信、微電子和生物 材料等技術(shù)的迅猛發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用也在不斷拓展。而傳感器節(jié)點(diǎn)的微型化，使 其具有了可穿戴的特點(diǎn)，形成了一類新的無線網(wǎng)絡(luò)一一可穿戴無線網(wǎng)絡(luò)(Wearable Body Network, WBN)。與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)類似，可穿戴無線網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)資源和能量同樣都是有限 的。因此，數(shù)據(jù)融合過程中的隱私保護(hù)方法不僅要保證算法的隱私保護(hù)性能，還要結(jié)合無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模性，網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點(diǎn)資源受限，W數(shù)據(jù)為中屯、等重要特點(diǎn)，考慮到節(jié)點(diǎn)外部環(huán) 境的不確定性和危險性。
[0003] 數(shù)據(jù)融合過程的隱私保護(hù)技術(shù)的研究最早是在國外提出的，近年來引起了各國的 廣泛關(guān)注。隱私保護(hù)技術(shù)主要可W分為3類:數(shù)據(jù)擾動技術(shù)、數(shù)據(jù)加密技術(shù)和數(shù)據(jù)匿名化技 術(shù)。在目前的研究當(dāng)中，大量的隱私保護(hù)方案都是W數(shù)據(jù)加密技術(shù)為基礎(chǔ)的。而根據(jù)加密解 密的方式又可W分為逐跳加密方案化op by hop)和端到端的加密方案(end to end)。逐跳 加密是指節(jié)點(diǎn)對之間共享密鑰，可W有效的應(yīng)對外部攻擊，防止外部敵人對通信鏈路進(jìn)行 竊聽獲得明文信息。同時會采取相應(yīng)的切分重組技術(shù)或加入隨機(jī)數(shù)等數(shù)據(jù)擾動，數(shù)據(jù)失真 技術(shù)等來應(yīng)對內(nèi)部攻擊。端到端加密方式可W實(shí)現(xiàn)在融合節(jié)點(diǎn)不進(jìn)行加解密運(yùn)算，只對數(shù) 據(jù)進(jìn)行融合操作，使用運(yùn)種同態(tài)加密方式可W實(shí)現(xiàn)在密文上進(jìn)行求和或乘積等數(shù)據(jù)融合操 作，最后到基站解密后和對明文融合的結(jié)果相同，可W有效的應(yīng)對外部和內(nèi)部攻擊。端到端 加密不需要融合節(jié)點(diǎn)的加解密運(yùn)算，因此該融合過程更為高效節(jié)能。
[0004] 同態(tài)加密方算法是端到端加密機(jī)制中的常用技術(shù)，該算法可W有效保證融合節(jié)點(diǎn) 能夠直接對加密數(shù)據(jù)進(jìn)行融合操作。同態(tài)加密是指對密文進(jìn)行特定的代數(shù)運(yùn)算得到的加密 結(jié)果，與對明文進(jìn)行同樣的運(yùn)算之后，再對運(yùn)算后的明文進(jìn)行加密所得到的結(jié)果一致。其數(shù) 學(xué)表示如下：
[0005] ，勵e(稱1)帯'￡>7('(所，).二,￡>?('(/巧1 故2)
[0006] 其中，mi和m2為明文，Enc(.)表示將明文進(jìn)行加密操作。同態(tài)加密算法對運(yùn)算的要 求較高，只能支持單獨(dú)的求和運(yùn)算或者乘積運(yùn)算。但是現(xiàn)有的融合運(yùn)算為了保證較高的融 合精度，通常包含多種運(yùn)算，很難直接使用同態(tài)加密的算法。
[0007] Dempster-Shafter證據(jù)理論是目前數(shù)據(jù)融合技術(shù)中比較常用的一種方法。該方法 通常用來表示對于檢測目標(biāo)的大小、位置及存在與否進(jìn)行推斷。D-S證據(jù)理論的融合算法中 包含了乘法和加法運(yùn)算，融合節(jié)點(diǎn)無法直接使用同態(tài)加密進(jìn)行隱私保護(hù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種可穿戴無線網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)融合方法，W提高數(shù)據(jù)融合 處理的效率。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。
[0010] -種可穿戴無線網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)融合方法，包括：
[0011] 傳感器節(jié)點(diǎn)收集到數(shù)據(jù)之后，根據(jù)證據(jù)轉(zhuǎn)化函數(shù)對識別框架中的焦元進(jìn)行賦值， 得到證據(jù)區(qū)間，對所述證據(jù)區(qū)間進(jìn)行預(yù)處理，使得預(yù)處理后的證據(jù)區(qū)間能夠滿足乘法的同 態(tài)加密算法；
[0012] 各個傳感器節(jié)點(diǎn)將預(yù)處理后的證據(jù)區(qū)間傳輸給融合節(jié)點(diǎn)，所述融合節(jié)點(diǎn)對接收到 的證據(jù)區(qū)間進(jìn)行乘法融合，得到數(shù)據(jù)組，將所述數(shù)據(jù)組傳輸給基站；
[0013] 所述基站將接收到的各個數(shù)據(jù)組進(jìn)行乘法融合，得到數(shù)據(jù)融合結(jié)果。
[0014] 進(jìn)一步地，所述的傳感器節(jié)點(diǎn)收集到數(shù)據(jù)之后，根據(jù)證據(jù)轉(zhuǎn)化函數(shù)對識別框架中 的焦元進(jìn)行賦值，得到證據(jù)區(qū)間，對所述證據(jù)區(qū)間進(jìn)行預(yù)處理，使得預(yù)處理后的證據(jù)區(qū)間能 夠滿足乘法的同態(tài)加密算法，包括：
[0015] 在數(shù)據(jù)收集之前，基站根據(jù)檢測目標(biāo)W及傳感器的實(shí)際情況建立識別框架，確定 證據(jù)轉(zhuǎn)化函數(shù)和識別框架中的焦元，并將證據(jù)轉(zhuǎn)化函數(shù)和焦元下發(fā)至各個傳感器節(jié)點(diǎn)；
[0016] 各個傳感器節(jié)點(diǎn)收集到數(shù)據(jù)之后，根據(jù)證據(jù)轉(zhuǎn)化函數(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行證據(jù)轉(zhuǎn)化，對識 別框架中的焦元進(jìn)行賦值，得到符合D-S證據(jù)理論的命題的證據(jù)區(qū)間；
[0017] 各節(jié)點(diǎn)將證據(jù)區(qū)間進(jìn)行預(yù)處理，使得預(yù)處理后的證據(jù)區(qū)間能夠滿足乘法的同態(tài)加 密算法，預(yù)處理后的證據(jù)區(qū)間在融合時只需要進(jìn)行對應(yīng)元素的乘法運(yùn)算。
[0018] 進(jìn)一步地，所述的各個傳感器節(jié)點(diǎn)將預(yù)處理后的證據(jù)區(qū)間傳輸給融合節(jié)點(diǎn)，包括：
[0019] 各個傳感器節(jié)點(diǎn)將預(yù)處理后的證據(jù)區(qū)間進(jìn)行同態(tài)加密后，發(fā)送給傳感器節(jié)點(diǎn)所屬 的融合節(jié)點(diǎn)；
[0020] 假設(shè)A，Ai，A2, . . .，An分別是識別框架中的焦元，mi(A)表示傳感器節(jié)點(diǎn)i在證據(jù)轉(zhuǎn) 化后對焦元A的賦值；
[0021] 假設(shè)節(jié)點(diǎn)i證據(jù)轉(zhuǎn)化后得到的證據(jù)區(qū)間為
[0022]
[0023] 將所述證據(jù)區(qū)間進(jìn)行預(yù)處理，前η個證據(jù)區(qū)間分別加上π?ι(Φ)，得到新的數(shù)據(jù)
[0024]
[0025] 傳感器節(jié)點(diǎn)i將所述新的數(shù)據(jù)進(jìn)行同態(tài)加密運(yùn)算處理后得到
[0027] 傳輸給傳感器節(jié)點(diǎn)i所屬的融合節(jié)點(diǎn)。
[0028] 進(jìn)一步地，所述的融合節(jié)點(diǎn)對接收到的證據(jù)區(qū)間進(jìn)行乘法融合，得到數(shù)據(jù)組，將所 述數(shù)據(jù)組傳輸給基站，包括：
[0029] 融合節(jié)點(diǎn)將接收到的各個傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的加密數(shù)據(jù)、與本身采集的數(shù)據(jù)按照 Dempster合成規(guī)則進(jìn)行乘法融合，得到乘法融合后的數(shù)據(jù)組，將所述數(shù)據(jù)組傳輸給基站；
[0030] 設(shè)傳感器節(jié)點(diǎn)和融合節(jié)點(diǎn)的總數(shù)為n，ENC_T(m^A))表示融合節(jié)點(diǎn)j根據(jù)Dempster 合成規(guī)則得到的數(shù)據(jù)組，貝化NC_T(m^ A))的計算公式為：
[0031]
[0034] 融合節(jié)點(diǎn)j將所述ENC_T(mj(A))傳輸給基站。
[0035] 進(jìn)一步地，所述的基站將接收到的各個數(shù)據(jù)組進(jìn)行乘法融合，得到數(shù)據(jù)融合結(jié)果， 包括：
[0036] 所述基站將接收到的各個數(shù)據(jù)組中的對應(yīng)元素進(jìn)行相乘，得到數(shù)據(jù)融合結(jié)果，基 站得到的N個傳感器節(jié)點(diǎn)和融合節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的數(shù)據(jù)融合結(jié)果為：
[0037]
[0038] 進(jìn)一步地，所述的方法還包括：
[0039] 基站對數(shù)據(jù)融合結(jié)果進(jìn)行解密運(yùn)算，然后進(jìn)行還原處理，得到最終的融合證據(jù)區(qū) 間，計算過程包括：
[004引由上述本發(fā)明的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可W看出，本發(fā)明實(shí)施例的方法針對可穿 戴網(wǎng)絡(luò)中的Dempster合并規(guī)則，在傳感器節(jié)點(diǎn)處先對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，使其在中間節(jié)點(diǎn)融 合時只需要進(jìn)行乘法運(yùn)算，滿足同態(tài)加密方案的要求，提高了數(shù)據(jù)融合過程的安全，減少了 中間節(jié)點(diǎn)的加解密運(yùn)算，降低了網(wǎng)絡(luò)的計算開銷。
[0049] 本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，運(yùn)些將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0050] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用 的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可W根據(jù)運(yùn)些附圖獲得其他 的附圖。
[0051] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種可穿戴無線網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)融合方法的處理流程 圖；
[0052] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種數(shù)據(jù)融合樹的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0053] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始 至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參 考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
[0054] 本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可W理解，除非特意聲明，運(yùn)里使用的單數(shù)形式"一"、"一 個"、"所述"和"該"也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是，本發(fā)明的說明書中使用的措 辭"包括"是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加 一個或多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應(yīng)該理解，當(dāng)我們稱元 件被"連接"或"禪接"到另一元件時，它可W直接連接或禪接到其他元件，或者也可W存在 中間元件。此外，運(yùn)里使用的"連接"或"禪接"可W包括無線連接或禪接。運(yùn)里使用的措辭 "和/或"包括一個或更多個相關(guān)聯(lián)的列出項的任一單元和全部組合。
[0055] 本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可W理解，除非另外定義，運(yùn)里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù) 語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該 理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意 義一致的意義，并且除非像運(yùn)里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0056] 為便于對本發(fā)明實(shí)施例的理解，下面將結(jié)合附圖W幾個具體實(shí)施例為例做進(jìn)一步 的解釋說明，且各個實(shí)施例并不構(gòu)成對本發(fā)明實(shí)施例的限定。
[0057] 實(shí)施例一
[005引本發(fā)明實(shí)施例為了克服D-S證據(jù)理論中融合運(yùn)算較為復(fù)雜，無法直接應(yīng)用同態(tài)加 密算法的問題，通過對數(shù)據(jù)在監(jiān)測節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行預(yù)處理，得到一組新的數(shù)值，使其在融合節(jié)點(diǎn) 處只需進(jìn)行單一的運(yùn)算，而在基站接收到最終融合結(jié)果后，根據(jù)相應(yīng)的計算公式，得到最終 的證據(jù)融合結(jié)果。
[0059]典型的D-S證據(jù)理論的數(shù)據(jù)融合流程主要分為Ξ大部分:證據(jù)轉(zhuǎn)化，證據(jù)融合W及 最終判斷。在本發(fā)明的算法中，我們充分考慮到D-S證據(jù)理論中融合運(yùn)算的復(fù)雜性，將其進(jìn) 行預(yù)處理，生成新的數(shù)據(jù)組，不同數(shù)據(jù)組的融合只需要對應(yīng)元素分別相乘?；镜玫綌?shù)據(jù)組 的最終融合結(jié)果后根據(jù)特定公式還原出融合的最終證據(jù)區(qū)間。使得在數(shù)據(jù)傳輸中可W使用 同態(tài)加密的方式進(jìn)行隱私保護(hù)。
[0060] 該實(shí)施例提供的一種可穿戴無線網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)融合方法的處理流程如圖1所示， 包括如下的處理步驟：
[0061] 步驟S110、傳感器節(jié)點(diǎn)收集到數(shù)據(jù)之后，根據(jù)證據(jù)轉(zhuǎn)化函數(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，對 識別框架中的焦元進(jìn)行賦值，得到證據(jù)區(qū)間。
[0062] 該步驟是證據(jù)轉(zhuǎn)化過程。
[0063] 在數(shù)據(jù)收集之前，基站根據(jù)檢測目標(biāo)W及傳感器的實(shí)際情況建立識別框架，確定 證據(jù)轉(zhuǎn)化函數(shù)和識別框架中的焦元，并將證據(jù)轉(zhuǎn)化函數(shù)和焦元下發(fā)至各個傳感器節(jié)點(diǎn)。該 算法中，首先確定焦元集合，通常應(yīng)用D-S證據(jù)理論的傳感網(wǎng)絡(luò)焦元集合均較為簡單。本發(fā) 明針對其中比較常見的一類形式進(jìn)行設(shè)計。該類焦元集合可表示為Θ={Α?，Α2，···，Αη，Φ}， 其中焦元Αι，Α2，...，Αη表示互不相交的焦元，Φ表示包含W上焦元的全集，即Φ = Αι(?Α2η… Γ? An 〇
[0064] 準(zhǔn)備工作完成后，傳感網(wǎng)絡(luò)開始工作，各傳感器節(jié)點(diǎn)開始收集數(shù)據(jù)。傳感器節(jié)點(diǎn)收 集到數(shù)據(jù)之后，利用數(shù)據(jù)根據(jù)證據(jù)轉(zhuǎn)化函數(shù)對識別框架中的焦元進(jìn)行賦值，得到符合D-S證 據(jù)理論的命題的證據(jù)區(qū)間。上述焦元是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行前指定的。
[0065] 各個傳感器節(jié)點(diǎn)將得到的證據(jù)區(qū)間進(jìn)行同態(tài)加密處理后，傳輸給傳感器節(jié)點(diǎn)所屬 的融合節(jié)點(diǎn)；
[0066] 假設(shè)A，Ai，A2, . . .，An分別是識別框架中的焦元，mi(A)表示傳感器節(jié)點(diǎn)i在證據(jù)轉(zhuǎn) 化后對焦元A的賦值；
[0067] 假設(shè)節(jié)點(diǎn)i證據(jù)轉(zhuǎn)化后得到的證據(jù)區(qū)間為 [006引
[0069] 對證據(jù)區(qū)間進(jìn)行預(yù)處理，將前η個證據(jù)區(qū)間分別加上mi( Φ )，加上mi( Φ )可W保證 對Dempster合成規(guī)則進(jìn)行運(yùn)算分離:節(jié)點(diǎn)本身進(jìn)行加法運(yùn)算，融合只進(jìn)行乘法運(yùn)算，基站通 過還原運(yùn)算可W得到與Dempster合成規(guī)則相同的結(jié)果。
[0070] 得到新的數(shù)據(jù)
[0071]
[0072] 傳感器節(jié)點(diǎn)i將所述新的數(shù)據(jù)進(jìn)行同態(tài)加密運(yùn)算處理后得到：
[0075] 傳輸給傳感器節(jié)點(diǎn)i所屬的融合節(jié)點(diǎn)。
[0076] 步驟S120、各個傳感器節(jié)點(diǎn)將預(yù)處理后的證據(jù)區(qū)間傳輸給融合節(jié)點(diǎn)，融合節(jié)點(diǎn)按 照Dempster合成規(guī)則將接收到的各個證據(jù)區(qū)間和自己數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到的證據(jù)區(qū)間進(jìn)行 乘法融合，得到數(shù)據(jù)組，將所述數(shù)據(jù)組傳輸給基站。
[0077] 融合節(jié)點(diǎn)自己也要收集數(shù)據(jù)，融合節(jié)點(diǎn)收集到數(shù)據(jù)之后，根據(jù)證據(jù)轉(zhuǎn)化函數(shù)對數(shù) 據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，對識別框架中的焦元進(jìn)行賦值，得到證據(jù)區(qū)間。
[0078] 融合節(jié)點(diǎn)將接收到的各個傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的同態(tài)加密運(yùn)算后的證據(jù)區(qū)間，W及自 己采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后得到的證據(jù)區(qū)間中的對應(yīng)元素按照Dempster合成規(guī)則進(jìn)行乘法融合， 得到乘法融合后的數(shù)據(jù)組，將乘法融合后的數(shù)據(jù)組傳輸給基站；
[0079] 設(shè)傳感器節(jié)點(diǎn)和融合節(jié)點(diǎn)的總數(shù)為η，ENC_T(mj(A))表示融合節(jié)點(diǎn)j根據(jù)Dempster 合成規(guī)則得到的數(shù)據(jù)組，貝化NC_T(m^ A))的計算公式為：
[0080]
[0083] 融合節(jié)點(diǎn)j將所述ENC_T(mj(A))傳輸給基站。
[0084] 步驟S130、基站將接收到的各個數(shù)據(jù)組進(jìn)行乘法融合，得到數(shù)據(jù)融合結(jié)果。
[0085] 由于傳感器網(wǎng)絡(luò)通常是W多跳的形式將數(shù)據(jù)匯總到基站，因此重復(fù)證據(jù)融合過程 直至所有數(shù)據(jù)傳輸至基站，由基站進(jìn)行最后的證據(jù)融合。此時得到了最終融合后的證據(jù)區(qū) 間。最后，根據(jù)最終判決規(guī)則，基站得到最后的融合結(jié)果。
[0086] 所述基站將接收到的各個數(shù)據(jù)組中的對應(yīng)元素進(jìn)行相乘，得到數(shù)據(jù)融合結(jié)果，基 站得到的N個傳感器節(jié)點(diǎn)和融合節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的數(shù)據(jù)融合結(jié)果為：
[0087]
[0088] 步驟S140、基站對數(shù)據(jù)融合結(jié)果進(jìn)行解密運(yùn)算，然后進(jìn)行還原處理，得到最終的融 合證據(jù)區(qū)間，計算過程包括：
[00M]由于K是歸一化系數(shù)，因此下面只需證明：
[0101] 1、對于等式右邊，可W分解為多個式子相加的形式，任意一個式子均為N個融合結(jié) 果相乘：
[0102]
[0103] 其中，[pi ,p2, . . . ,Ps,qi ,Q2, . . . ,qt] = [1,2, . . . ,Ν]，且0<s《N，0《t<N。
[0104] 又，顯然AkH ... nAkH 巫 η ... η 巫=Ak。
[01化]因此：
1含在等式左邊的式子中，故有
[0106]
[0107] 2、對于等式左邊，根據(jù)集合假設(shè)，若要AWnAWn...nAW = Ak，則必有A^EUk， 〇]，且4(1)，4(2)，...，4^不能全為(&。又知任意由41^和〇組成的排列都能等式右邊的式子 中找到對應(yīng)項，因此有：
[0111]實(shí)施例二
[0112] 在實(shí)施例一中，詳細(xì)闡述了通過對傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，使得融合過程較為復(fù) 雜的Dempster-Shafter證據(jù)理論可W通過同態(tài)加密運(yùn)算進(jìn)行數(shù)據(jù)的隱私保護(hù)的過程，但是 依然停留在理論階段。因此，在運(yùn)一部分通過具體的實(shí)例給出該隱私保護(hù)過程的具體實(shí)施 方式。
[0113] 首先給出如下假設(shè)：
[0114] 1.網(wǎng)絡(luò)中存在5個節(jié)點(diǎn)，并且已經(jīng)建立好了如圖2所示的數(shù)據(jù)融合樹;其中，節(jié)點(diǎn)1、 2、4是葉節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)3是融合節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)5是網(wǎng)絡(luò)的基站，節(jié)點(diǎn)1，、2、3、4收集數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)5只接 收與處理數(shù)據(jù)。
[0115] 2.該網(wǎng)絡(luò)中，證據(jù)理論框架下的焦元結(jié)合為^，8，(：，〇}，其中，〇 = ^，8，(：}。
[0116] 3.各節(jié)點(diǎn)已經(jīng)將收集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為了證據(jù)理論框架下的證據(jù)區(qū)間，各節(jié)點(diǎn)具體數(shù) 值如表1所示：
[0117] 表1:實(shí)例中各節(jié)點(diǎn)的證據(jù)區(qū)間取值 [011 引
[0119] 4.在各節(jié)點(diǎn)的實(shí)際傳輸過程中需要進(jìn)行同態(tài)加密運(yùn)算，同態(tài)加密算法很多，運(yùn)里 使用ENC_T( ·)表示加密運(yùn)算，DEC_T( ·)表示解密運(yùn)算。該加密方式滿足如下公式：
[0120] DEC_T[ENC_T(a) · ENC_T(b)]=DEC_T[ENC_T(a · b)]，
[0121] 其中，a, b是傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
[0122] 另一方面，解密運(yùn)算通常是一一對應(yīng)的，因此有：
[0123] ENC_T(a) · ENC_T(b) = ENC_T(a · b)〇
[0124] 下面對上述根據(jù)上述假設(shè)進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證：
[0125] 節(jié)點(diǎn)1、2、3、4的數(shù)據(jù)分別為：
[0126]
[0127] 根據(jù)本專利的算法，首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到各節(jié)點(diǎn)處理后的數(shù)據(jù)為：
[012 引
[0129] 將運(yùn)些數(shù)據(jù)進(jìn)行同態(tài)加密運(yùn)算，結(jié)果為：
[0130]
[0131] 接下來數(shù)據(jù)沿著融合樹上傳，首先1、2、3Ξ個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行融合運(yùn)算，得到的結(jié)果為：
[0132]
[0133] 然后將融合結(jié)果與節(jié)點(diǎn)4進(jìn)行融合，最后上傳到基站，基站得到的最終融合數(shù)據(jù) 為：
[0134]
[0135] 將融合數(shù)據(jù)進(jìn)行解密運(yùn)算，然后進(jìn)行還原處理，得到最終的融合證據(jù)區(qū)間：
[0136]
[0137] 經(jīng)計算驗(yàn)證，該結(jié)果與使用原證據(jù)理論證據(jù)融合公式直接融合的結(jié)果一致。
[013引一、相關(guān)性能比較
[0139] 在運(yùn)一部分，我們分別選取了數(shù)據(jù)的通信消耗、計算消耗與直接使用證據(jù)理論的 融合方法進(jìn)行了比較。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中存在N個節(jié)點(diǎn)，其中有M(M<N)個融合節(jié)點(diǎn)，焦元數(shù)量為P， 第i個融合節(jié)點(diǎn)融合ki個數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時進(jìn)行一次加法運(yùn)算需要消耗的能量為E+;進(jìn)行一 次乘法運(yùn)算的能量消耗為Ex;進(jìn)行一次加密運(yùn)算的能量消耗為Eeng;進(jìn)行一次解密運(yùn)算的能 量消耗為Edec。
[0140] 根據(jù)計算機(jī)處理的實(shí)際情況，相同運(yùn)算的消耗能量基本相等。同時為了對數(shù)據(jù)進(jìn) 行較好的隱私保護(hù)，通常數(shù)據(jù)的加密、解密運(yùn)算都非常復(fù)雜，因此加密、解密的能量消耗遠(yuǎn) 遠(yuǎn)大于加法、乘法的能量消耗和使用時間。同時，假設(shè)加法、乘法的能量消耗近似相同，加 密、解密的能量消耗近似相同。
[0141] 通信消耗
[0142] 在算法假設(shè)的焦點(diǎn)集合中，各節(jié)點(diǎn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的過程中，只是把最后一行 數(shù)據(jù)的數(shù)值分別加到了其他行?？偟臄?shù)據(jù)量不變，因此通信消耗與不使用本算法的通信消 耗相同。
[0143] 計算消耗
[0144] 本算法中除基站外，各節(jié)點(diǎn)的計算類型共有Ξ種：加法運(yùn)算、乘法運(yùn)算和加密運(yùn) 算。而直接使用證據(jù)理論方法融合情況下，由于只能使用逐跳加密進(jìn)行隱私保護(hù)，因此在融 合節(jié)點(diǎn)中還需要進(jìn)行解密運(yùn)算。
[0145] 表2:能量消耗的比較
[0146]
[0148]該實(shí)施例提供的一種能量消耗的比較示意表如表2所示，本發(fā)明的算法在葉節(jié)點(diǎn) 需要增加(P-1)次加法運(yùn)算，但是在融合節(jié)點(diǎn)就減少了解密運(yùn)算運(yùn)一高消耗運(yùn)算，同時由于 葉節(jié)點(diǎn)進(jìn)行過預(yù)處理運(yùn)算，融合節(jié)點(diǎn)只需要乘法運(yùn)算，而原始算法卻需要大量的加法和乘 法運(yùn)算。因此，本發(fā)明的算法的計算消耗要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原始算法的計算消耗。
[0149] 綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例的方法針對可穿戴網(wǎng)絡(luò)中的Dempster合并規(guī)則，在傳感 器節(jié)點(diǎn)處先對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，使其在中間節(jié)點(diǎn)融合時只需要進(jìn)行乘法運(yùn)算，滿足同態(tài)加 密方案的要求，提高了數(shù)據(jù)融合過程的安全，減少了中間節(jié)點(diǎn)的加解密運(yùn)算，降低了網(wǎng)絡(luò)的 計算開銷。
[0150] 本發(fā)明實(shí)施例的方法融合節(jié)點(diǎn)只需要進(jìn)行乘法運(yùn)算，而原始算法卻需要大量的加 法和乘法運(yùn)算。因此，本發(fā)明的算法的計算消耗要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原始算法的計算消耗。
[0151] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可W理解:附圖只是一個實(shí)施例的示意圖，附圖中的模塊或 流程并不一定是實(shí)施本發(fā)明所必須的。
[0152] 本說明書中的各個實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，各個實(shí)施例之間相同相似的部 分互相參見即可，每個實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處。尤其，對于裝置或 系統(tǒng)實(shí)施例而言，由于其基本相似于方法實(shí)施例，所W描述得比較簡單，相關(guān)之處參見方法 實(shí)施例的部分說明即可。W上所描述的裝置及系統(tǒng)實(shí)施例僅僅是示意性的，其中所述作為 分離部件說明的單元可W是或者也可W不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可W是或 者也可W不是物理單元，即可W位于一個地方，或者也可W分布到多個網(wǎng)絡(luò)單元上?？蒞根 據(jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù) 人員在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下，即可W理解并實(shí)施。
[0153] W上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明掲露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該W權(quán)利要求的保護(hù)范圍 為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1. 一種可穿戴無線網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，包括： 傳感器節(jié)點(diǎn)收集到數(shù)據(jù)之后，根據(jù)證據(jù)轉(zhuǎn)化函數(shù)對識別框架中的焦元進(jìn)行賦值，得到 證據(jù)區(qū)間，對所述證據(jù)區(qū)間進(jìn)行預(yù)處理，使得預(yù)處理后的證據(jù)區(qū)間能夠滿足乘法的同態(tài)加 密算法； 各個傳感器節(jié)點(diǎn)將預(yù)處理后的證據(jù)區(qū)間傳輸給融合節(jié)點(diǎn)，所述融合節(jié)點(diǎn)對接收到的證 據(jù)區(qū)間進(jìn)行乘法融合，得到數(shù)據(jù)組，將所述數(shù)據(jù)組傳輸給基站； 所述基站將接收到的各個數(shù)據(jù)組進(jìn)行乘法融合，得到數(shù)據(jù)融合結(jié)果。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可穿戴無線網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，所述的傳感 器節(jié)點(diǎn)收集到數(shù)據(jù)之后，根據(jù)證據(jù)轉(zhuǎn)化函數(shù)對識別框架中的焦元進(jìn)行賦值，得到證據(jù)區(qū)間， 對所述證據(jù)區(qū)間進(jìn)行預(yù)處理，使得預(yù)處理后的證據(jù)區(qū)間能夠滿足乘法的同態(tài)加密算法，包 括： 在數(shù)據(jù)收集之前，基站根據(jù)檢測目標(biāo)以及傳感器的實(shí)際情況建立識別框架，確定證據(jù) 轉(zhuǎn)化函數(shù)和識別框架中的焦元，并將證據(jù)轉(zhuǎn)化函數(shù)和焦元下發(fā)至各個傳感器節(jié)點(diǎn)； 各個傳感器節(jié)點(diǎn)收集到數(shù)據(jù)之后，根據(jù)證據(jù)轉(zhuǎn)化函數(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行證據(jù)轉(zhuǎn)化，對識別框 架中的焦元進(jìn)行賦值，得到符合D-S證據(jù)理論的命題的證據(jù)區(qū)間； 各節(jié)點(diǎn)將證據(jù)區(qū)間進(jìn)行預(yù)處理，使得預(yù)處理后的證據(jù)區(qū)間能夠滿足乘法的同態(tài)加密算 法，預(yù)處理后的證據(jù)區(qū)間在融合時只需要進(jìn)行對應(yīng)元素的乘法運(yùn)算。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可穿戴無線網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，所述的各個 傳感器節(jié)點(diǎn)將預(yù)處理后的證據(jù)區(qū)間傳輸給融合節(jié)點(diǎn)，包括： 各個傳感器節(jié)點(diǎn)將預(yù)處理后的證據(jù)區(qū)間進(jìn)行同態(tài)加密后，發(fā)送給傳感器節(jié)點(diǎn)所屬的融 合節(jié)點(diǎn)； 假設(shè)Α,ΜΑ，...，An分別是識別框架中的焦元，πη⑷表示傳感器節(jié)點(diǎn)i在證據(jù)轉(zhuǎn)化后對 焦元A的賦值； 假設(shè)節(jié)點(diǎn)i證據(jù)轉(zhuǎn)化后得到的證據(jù)區(qū)間為將所述證據(jù)區(qū)間進(jìn)行預(yù)處理，前η個證據(jù)區(qū)間分別加上πη ( Φ )，得到新的數(shù)據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)i將所述新的數(shù)據(jù)進(jìn)行同態(tài)加密運(yùn)算處理后得到傳感器節(jié)點(diǎn)i將所述傳輸給傳感器節(jié)點(diǎn)i所屬的融合節(jié)點(diǎn)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的可穿戴無線網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，所述的融合 節(jié)點(diǎn)對接收到的證據(jù)區(qū)間進(jìn)行乘法融合，得到數(shù)據(jù)組，將所述數(shù)據(jù)組傳輸給基站，包括： 融合節(jié)點(diǎn)將接收到的各個傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的加密數(shù)據(jù)、與本身采集的數(shù)據(jù)按照 Dempster合成規(guī)則進(jìn)行乘法融合，得到乘法融合后的數(shù)據(jù)組，將所述數(shù)據(jù)組傳輸給基站； 設(shè)傳感器節(jié)點(diǎn)和融合節(jié)點(diǎn)的總數(shù)為n，ENC_T(mj(A))表示融合節(jié)點(diǎn)j根據(jù)Dempster合成 規(guī)則得到的數(shù)據(jù)組，則ENC_T(n^ (A))的計算公式為：融合節(jié)點(diǎn)j將所述ENC_T(mj (A))傳輸給基站。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的可穿戴無線網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，所述的基站 將接收到的各個數(shù)據(jù)組進(jìn)行乘法融合，得到數(shù)據(jù)融合結(jié)果，包括： 所述基站將接收到的各個數(shù)據(jù)組中的對應(yīng)元素進(jìn)行相乘，得到數(shù)據(jù)融合結(jié)果，基站得 到的N個傳感器節(jié)點(diǎn)和融合節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的數(shù)據(jù)融合結(jié)果為：6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的可穿戴無線網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，所述的方法 還包括： 基站對數(shù)據(jù)融合結(jié)果進(jìn)行解密運(yùn)算，然后進(jìn)行還原處理，得到最終的融合證據(jù)區(qū)間，計 算過程包括：進(jìn)行同態(tài)解密運(yùn)算處理后得到：然后進(jìn)行還原處理，得到：再進(jìn)行歸一化處理即可得到最終的融合證據(jù)區(qū)間：
【文檔編號】H04L9/00GK106059743SQ201610327435
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月17日
【發(fā)明人】張振江, 劉云, 李超, 張文宇
【申請人】北京交通大學(xué)