[發(fā)明專利]基于演化博弈模型的無線傳感器網絡可生存性評估方法

有效

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• 申請日: 2017-04-19
• 公開（公告）號: CN107204871B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設計）人: 李冬輝;王藝琳
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04W40/32;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

本發(fā)明涉及一種基于演化博弈模型的無線傳感器網絡可生存性評估方法，包括以下步驟：⑴模型選取，包括無線傳感器網絡模型、攻擊模型、流行病模型；⑵建立可生存性模型；⑶通過演化動力學分析對無線傳感器網絡可生存性進行評估。本發(fā)明通過網絡簇頭節(jié)點的連通性對網絡的可生存性產生的影響進行了分析，由節(jié)點遭受攻擊的問題建立基于攻擊的流行病模型，然后建立基于演化博弈的可生存性評估模型，利用復制動態(tài)方程研究節(jié)點的策略選擇動力學過程，尋找節(jié)點策略選擇的演化穩(wěn)定策略，在受攻擊網絡的可生存性評估模型達到演化穩(wěn)定狀態(tài)時，將連通性與穩(wěn)定性等性能指標作為網絡可生存性評估機制，并進行了驗證。

技術領域

本發(fā)明屬于無線傳感器網絡領域，涉及數(shù)學建模，尤其是一種基于演化博弈模型的無線傳感器網絡可生存性評估方法。

背景技術

無線傳感器網絡以低成本、低功耗、多功能的網絡特性，逐漸被認為是一種用于監(jiān)測物理事件強大的工具。隨著攻擊技術的進步，惡意攻擊的發(fā)生總是不可避免；同時，系統(tǒng)組件故障與不可預料的事故也對網絡系統(tǒng)的正常運行造成了很大的影響，那么對無線傳感器網絡的可生存性評估成為研究的重點。

目前，有一些文獻是對無線傳感器網絡可生存性研究的，下面分別列舉若干與本專利內容相關的文獻。

沈士根,韓日升,郭麗正,李煒,曹奇英.基于隨機博弈與連續(xù)時間馬爾科夫的受攻擊無線傳感器網絡可生存性評估研究[J].計算機軟件應用2012,12:1467-1476.是通過隨機博弈給出惡意攻擊者采取惡意攻擊的期望概率，將聚族無線傳感器網絡看作一個串并系統(tǒng)，再利用連續(xù)時間馬爾可夫鏈對受攻擊傳感器節(jié)點生命期的所有狀態(tài)建立模型，基于可靠性理論得到受攻擊傳感器節(jié)點平均無故障時間、可靠度、生存期和穩(wěn)態(tài)可用度的計算公式，實現(xiàn)受攻擊無線傳感器網絡的可生存性評估。

薩若.帕文等.無線傳感器網絡可生存性模型[J].計算機與應用數(shù)學，2012,64:3666-3682.提出了在網絡遭受攻擊與密鑰泄漏情況下的無線傳感器網絡可生存性評估模型。利用連續(xù)時間馬爾可夫鏈描述無線傳感器網絡可生存性狀態(tài)變化，即在網絡遭受DoS攻擊時，根據(jù)給定的閾值條件，當超過閾值時可生存性評估模型將會采取動作。針對密鑰泄露的情況，作者建立基于密鑰泄露的可生存性評估模型，先檢測出密鑰泄露的節(jié)點，然后對密鑰進行廢除。

李雪萍,楊鄧芳.無線傳感器網絡定量生存性評估模型[C].2006屆IEEE國際會議網絡,傳感器與控制,727-732.提出了在改進的密鑰預分配方案下從定量的角度建立無線傳感器網絡可生存性評估模型，從恢復性、抵抗性以及健壯性等屬性作為定量分析的性能指標來分析網絡的可生存能力。

蔣中秋，閆書，王良民.基于拒絕服務攻擊的分簇無線傳感器網絡可生存性評估[C].2009無線通信、網絡和移動計算國際會議.是針對DoS攻擊提出的無線傳感器網絡可生存性評估模型，采用馬爾可夫鏈對網絡的狀態(tài)概率進行描述，定量地分析了無線傳感器網絡可生存性。

索菲亞.裴提渡等.基于概率模型檢測的可生存性分析：無線傳感器網絡研究[J].IEEE系統(tǒng)雜志,2013,7(1):4-12.提出采用概率模型檢測的無線傳感器網絡可生存性評估，從節(jié)點、鏈接以及攻擊等三個方面的故障展開研究，通過馬爾可夫鏈對上述的故障進行描述，網絡生存性評估具體體現(xiàn)在故障的頻率、數(shù)據(jù)丟失、延遲，以及各種故障導致的數(shù)據(jù)泄露等性能指標。上述文獻中對攻擊模型的描述都采用的隨機性模型，那么除了存在隨機性模型的建模復雜等弊端之外，還沒有考慮無線傳感器網絡中節(jié)點的自私行為。

羅伯特.蒂伯特.無人值守無線傳感器網絡中的傳染病理論和數(shù)據(jù)生存性：模型和缺點[J].普適與移動計算機2013,9:588-597.與上述文獻不同的是，對攻擊模型的描述作者建立的是確定性模型。作者首先提出了一個用于初步評估帶有激勵法的流行病域的無線傳感器網絡信息可生存性模型，并引入兩種攻擊類型對該模型進行了客觀的分析描述，并通過幾何約束來優(yōu)化模型中所存在的問題。然而該文獻是僅考慮網絡節(jié)點的合作的情況，而并沒有考慮自私節(jié)點的存在，也沒有考慮網絡的連通性。