14、水下传感器网络隐私保护异步定位技术解析

水下传感器网络隐私保护异步定位技术解析

1 引言

在水下传感器网络（USNs）中，有效的定位至关重要。传统的水下定位方案主要包含信息收集和位置估计两个阶段。在信息收集阶段，利用水下锚节点提供定位参考，测量信号强度、时间戳或距离等位置相关信息；在位置估计阶段，由集中节点或目标自身计算位置信息。然而，这种方式不可避免地会导致位置信息泄露，因为锚节点的位置信息需要暴露给网络。

虽然陆地上已经有许多隐私保护定位方案，如基于同态加密、匿名化、混淆技术等的方案，但由于水下环境存在异步时钟和分层效应等问题，这些陆地方案无法直接应用于 USNs 的定位。因此，需要专门针对 USNs 设计隐私保护的异步定位解决方案。

2 关键模型介绍

2.1 网络架构

为实现隐私保护定位，采用了包含三种不同类型节点的网络架构：
- 水面浮标 ：借助电磁通道，利用 GPS 技术获取准确的时间参考和位置，为锚节点提供自定位和时钟同步服务。
- 锚节点 ：直接与水面浮标通信，假设其时钟已同步，位置已知。其作用是为目标提供定位参考。
- 目标 ：考虑静态目标，如石油管道或平台，配备边缘计算系统以进行本地决策。目标的深度信息可通过深度传感器测量，水平位置需要估计，且其时钟与实际时间不同步。为保障 USNs 的安全，目标和锚节点的位置隐私都需要保护。

2.2 时钟和分层模型

2.2.1 时钟模型

考虑包含时钟偏移和时钟漂移的时钟模型：
[T = \alpha