[發明專利]基于演化博弈的分簇無線傳感器網絡惡意程序傳播模型

在審

• 申請號: 201611034933.8
• 申請日: 2016-11-09
• 公開（公告）號: CN106656571A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 李冬輝;王藝琳;李林
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04L29/06;H04W84/18
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司12209
• 代理人: 高璇

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡領域，涉及數學建模，尤其是一種基于演化博弈的分簇無線傳感器網絡惡意程序傳播模型。

背景技術

無線傳感器網絡是由大量的具有有限電源、計算和無線通信能力的傳感器節點通過自組織方式形成的網絡，在整個網絡內以多跳形式廣播傳感器監測的數據。無線傳感器網絡的應用范圍已從對光、溫度、和聲音測量逐漸普及到先進的軍事、工業與生活中，隨著采集信息的敏感性與價值越來越高，無線傳感器網絡的安全問題也越來越重要。目前，對惡意程序在無線傳感器網絡傳播研究被認為是實現網絡安全的熱點之一。

近年來，許多研究學者對無線傳感器網絡的惡意程序已經開展了大量的研究、仿真與實驗。現有技術中，經過檢索發現有幾種對于對惡意程序傳播模型進行描述的技術方案，簡要介紹如下：

賽義德.哈亞姆等.利用信號處理技術建立無線傳感器網絡的蠕蟲傳播模型[J].IEEE信號處理雜志,2006,23(2):164-169.中提出了一種采用信號處理的技術建立拓撲感知蠕蟲傳播模型，從時間與空間的角度分析蠕蟲傳播特性，然而對于蠕蟲的流行病模型考慮不夠充足。

普拉迪普.德等.利用傳染病理論建立無線傳感器網絡中的節點妥協模型[C].2006年國際學術研討會無線，移動和多媒體網絡的世界IEEE論文集,pp.237-243.針對潛在的節點妥協問題，利用流行病理論研究了無線傳感器網絡中的節點危害傳播過程，進而建立了基于隨機圖模型，指出了決定病毒爆發的關鍵原因，然而在描述惡意軟件傳播行為動力學上仍然存在有不足之處。

宋玉蓉,蔣國平.采用元胞自動機建立無線傳感器網絡中的惡意軟件傳播建模[C].IEEE國際神經網絡與信號處理會議,中國浙江,2008.6:623-627利用元胞自動機建立了無線傳感器網絡惡意程序傳播模型，該模型反映了惡意程序傳播過程的時空特性，但是該模型缺少對無線傳感器網絡中節點的差異性的研究。

楊雄等.基于節點差異性的無線傳感器網絡惡意軟件傳播模型研究[J].計算機應用研究,2012,29(1):316-321.在二維元胞自動機的基礎上提出了節點差異性的惡意程序傳播模型，該模型引入了MAC無線信道爭用機制和鄰域通信距離因素，描述了節點差異度對惡意軟件在無線傳感器網絡傳播擴散的影響，然而在研究過程中對惡意程序的流行病模型的狀態考慮不夠。

付帥等.無線傳感器網絡中的惡意軟件傳播模型[J].計算機工程,2011,37(3):129-131.在流行病理論的基礎上加入休眠與喚醒機制，提出了一種無線傳感器網絡中惡意程序傳播的SIR/WS模型，該模型提高網絡的免疫率，降低了網絡的感染率，但是該模型僅是對網絡整體的描述，缺少對局部與微觀的時空特性進行有效的反映。

馮麗萍等.無線傳感器網絡蠕蟲傳播建模與穩定性分析[J].工程數學問題,2015,論文編號:129598,8頁.提出了一種改進的基于蠕蟲傳播通信半徑與節點分布密度的流行病模型，該模型利用差分動態理論分析了無線傳感器網絡中蠕蟲傳播的動態過程，然而該模型并未考慮節點的差異性，也未將鏈路層訪問沖突及避免MAC機制引入研究。

沈士根等.基于微分博弈的無線傳感器網絡中防止惡意傳播的策略[J].IEEE信息取證和安全,2014,9(11):1962-1972.提出了改進的流行病模型，利用微分博弈理論將惡意程序在無線傳感器網絡傳播時無線傳感器網絡系統和惡意程序之間的決策問題看作優化控制問題，在惡意程序動態改變其策略的前提下，得到無線傳感器網絡系統的最優控制策略，但是這個模型依然是并未考慮節點的差異性，對于網絡的時空特性存在局限性。

另外還有三篇針對移動無線傳感器網絡中惡意程序傳播進行研究的文獻，其中，王小明等移動無線傳感器網絡中惡意軟件傳播的反應擴散模型[J].信息科學,2013,56:1-18.提出了一種反應擴散方程理論移動無線傳感器網絡惡意軟件傳播模型，該模型有效地預測隨時間的動態行為和空間分布的惡意軟件傳播的時間，從而以便于在受感染的節點采取有針對性的免疫措施，該模型彌補了現有的惡意程序傳播模型只能預測的時間動態行為，而不能預測惡意軟件傳播的時間分布；

竹林河等.帶有反饋控制的時滯反應擴散惡意軟件傳播模型的分支分析[J].非線性科學與數值模擬中的通信,2015,22:747-768.提出了一個利用狀態反饋控制器來描述移動無線傳感器網絡的惡意軟件傳播的過程，即延遲反應擴散模型，該模型通過狀態反饋方法成功地用于控制不穩定的穩定狀態或周期性振蕩；