[發明專利]基于移動免疫的惡意程序傳播控制方法

有效

• 申請號: 201710274606.8
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN107104965B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 于秦
• 申請（專利權）人: 成都瑞灃信息科技有限公司
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04W4/38;H04W12/12
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

1.一種基于移動免疫的惡意程序傳播控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、將無線傳感器網絡的部署空間進行抽象，設定無線傳感器網絡中的移動免疫節點，構建無線傳感器網絡模型；將無線傳感器網絡的部署空間抽象為一個大小為L×L的二維空間Ω，在該空間區域均勻分布有N個相同的傳感器節點，所有傳感器節點均配備有全向天線，每個傳感器節點的最大傳輸半徑為r，每個傳感器節點的平均鄰居節點數為θ；

將R₀個移動免疫節點均勻分布在所述二維空間Ω中，所有移動免疫節點均配備有全向天線，每個移動免疫節點的最大傳輸半徑為r，每個移動免疫節點在所述二維空間Ω中按階段移動；

步驟二、根據SIR模型設定網絡中傳感器節點的四種狀態，構建惡意程序傳播模型；

設定S(t)、I(t)、R(t)、D(t)表示在無線傳感器網絡中處于易感狀態、感染狀態、免疫狀態、死亡狀態的傳感器節點數量，對于有S(t)+I(t)+R(t)+Q(t)+D(t)＝N；

每個感染節點以概率β感染鄰居范圍內的易感節點，每個非死亡狀態的傳感器節點以概率η變為死亡節點，每個感染狀態節點以概率α變為免疫狀態節點，每個收到安全補丁的易感狀態節點以概率ω變為免疫狀態節點，每個收到安全補丁的感染狀態節點以概率δ變為免疫狀態節點；

對于移動免疫節點，其移動行為由一個個階段組成，設定在某個階段內，移動免疫節點以速度v在二維空間區域Ω內移動，移動時間為T_m，停留時間為T_p；對于移動免疫節點而言，每個移動免疫節點通信半徑為r，在一個節點的移動階段內，移動免疫節點可通信面積為(2rvT_m+πr²)；在一個通信的單位時間t_u中，因為移動免疫節點的移動速度、移動時間與停留時間均服從均勻分布，因此移動免疫節點可經歷的階段數為在單位時間t_u中，一個移動免疫節點所覆蓋的通信面積為在單位時間內，一個移動免疫節點的可免疫處于易感狀態節點數為：

一個移動節點的可免疫的感染節點數為：

令為平均速度，為平均移動時間，為平均停留時間，則在單位時間t_u時間內一個移動免疫節點可免疫的處于易感狀態與感染狀態的節點數分別為γωS(t)和γδI(t)；得到惡意程序傳播模型表示為：

其中，由于每個時刻會有ηN個傳感器節點會補充進網絡中，同時會有ηN個傳感器節點由于用光能量或者被物理破壞而死亡，所以無線傳感器網絡中S(t)+I(t)+R(t)＝N；

步驟三、建立優化控制策略，確定優化目標函數；建立優化控制策略具體為設定在時刻t激活的免疫控制節點的比例為v(t)，根據惡意程序傳播模型建立優化控制策略表示為：

設定優化目標函數具體為：

其中，t_f為末端時刻，B，C分別為對應成本參數；

步驟四、根據步驟三中的優化控制策略和優化目標函數，得到最優控制函數，實現對惡意程序傳播進行最優控制；

在優化目標函數中，使用激活的移動免疫節點的數量比例v(t)作為控制變量，尋找一個最優的控制變量v^*(t)，使得

其中，Ω為控制變量v(t)的可行集空間，Ω＝{v(t)|0≤v(t)≤1,t∈(0,t_f)}；

對于一個優化控制問題：

其中Ω是正向不變集；存在一個最優解需要滿足以下五個條件：

(1)控制變量的可行集U是一個閉凸集；

(2)存在控制變量u∈U，使得控制條件下的系統狀態的解滿足其初始的正向不變集Ω；

(3)系統狀態方程函數是連續的；

(4)函數L(x,u)在控制集U上是凸函數；

(5)存在ρ＞1，c₁＞0與c₂，使得

對于條件(1)與(2)，由于控制變量v(t)的可行集空間的定義及目標函數的定義，顯然，可行集是一個閉凸集，且存在一個控制變量，使得狀態方程有解；

對于條件(3)，系統狀態方程為

因此條件(3)成立；

對于條件(4)，證明L(x,u)是凸函數，只需證明對于任意的0＜θ＜1，等式L(x,(1-θ)u₁+θu₂)≤(1-θ)L(x,u₂)+θL(x,u₂)成立，即

因此條件(4)成立；

對于條件(5)，

令ρ＝2，與c₂＝0，因此條件(5)成立；

已知優化控制問題存在最優控制解v^*(t)與在最優控制解v^*(t)下的各狀態節點的數量S^*，I^*與R^*；由Pontryagin極大值原理知，存在最優控制解v^*(t)時，則伴隨函數表示為：

且伴隨函數的橫截條件為：λ_i(t_f)＝0,i＝1,2,3；

同時，根據Hamiltonian函數對控制變量求導得：

考慮到控制變量要滿足約束條件，得出最優控制函數為：

2.如權利要求1所述的基于移動免疫的惡意程序傳播控制方法，其特征在于，所述步驟二中根據SIR模型設定網絡中傳感器節點的四種狀態分別為易感狀態S，感染狀態I，免疫狀態R和死亡狀態D。