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[發(fā)明專利]基于移動免疫的惡意程序傳播控制方法有效

專利信息
申請?zhí)枺?/td> 201710274606.8 申請日: 2017-04-25
公開(公告)號: CN107104965B 公開(公告)日: 2020-12-25
發(fā)明(設(shè)計(jì))人: 于秦 申請(專利權(quán))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
地址: 610041 四川省成都市*** 國省代碼: 四川;51
權(quán)利要求書: 查看更多 說明書: 查看更多
摘要:
搜索關(guān)鍵詞: 基于 移動 免疫 惡意程序 傳播 控制 方法
【權(quán)利要求書】:

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(wǎng)絡(luò)的部署空間進(jìn)行抽象,設(shè)定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的移動免疫節(jié)點(diǎn),構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型;將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(qū)域均勻分布有N個相同的傳感器節(jié)點(diǎn),所有傳感器節(jié)點(diǎn)均配備有全向天線,每個傳感器節(jié)點(diǎn)的最大傳輸半徑為r,每個傳感器節(jié)點(diǎn)的平均鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)為θ;

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

步驟二、根據(jù)SIR模型設(shè)定網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)的四種狀態(tài),構(gòu)建惡意程序傳播模型;

設(shè)定S(t)、I(t)、R(t)、D(t)表示在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中處于易感狀態(tài)、感染狀態(tài)、免疫狀態(tài)、死亡狀態(tài)的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量,對于有S(t)+I(t)+R(t)+Q(t)+D(t)=N;

每個感染節(jié)點(diǎn)以概率β感染鄰居范圍內(nèi)的易感節(jié)點(diǎn),每個非死亡狀態(tài)的傳感器節(jié)點(diǎn)以概率η變?yōu)樗劳龉?jié)點(diǎn),每個感染狀態(tài)節(jié)點(diǎn)以概率α變?yōu)槊庖郀顟B(tài)節(jié)點(diǎn),每個收到安全補(bǔ)丁的易感狀態(tài)節(jié)點(diǎn)以概率ω變?yōu)槊庖郀顟B(tài)節(jié)點(diǎn),每個收到安全補(bǔ)丁的感染狀態(tài)節(jié)點(diǎn)以概率δ變?yōu)槊庖郀顟B(tài)節(jié)點(diǎn);

對于移動免疫節(jié)點(diǎn),其移動行為由一個個階段組成,設(shè)定在某個階段內(nèi),移動免疫節(jié)點(diǎn)以速度v在二維空間區(qū)域Ω內(nèi)移動,移動時間為Tm,停留時間為Tp;對于移動免疫節(jié)點(diǎn)而言,每個移動免疫節(jié)點(diǎn)通信半徑為r,在一個節(jié)點(diǎn)的移動階段內(nèi),移動免疫節(jié)點(diǎn)可通信面積為(2rvTm+πr2);在一個通信的單位時間tu中,因?yàn)橐苿用庖吖?jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)可經(jīng)歷的階段數(shù)為在單位時間tu中,一個移動免疫節(jié)點(diǎn)所覆蓋的通信面積為在單位時間內(nèi),一個移動免疫節(jié)點(diǎn)的可免疫處于易感狀態(tài)節(jié)點(diǎn)數(shù)為:

一個移動節(jié)點(diǎn)的可免疫的感染節(jié)點(diǎn)數(shù)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tu時間內(nèi)一個移動免疫節(jié)點(diǎn)可免疫的處于易感狀態(tài)與感染狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)數(shù)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(jié)點(diǎn)會補(bǔ)充進(jìn)網(wǎng)絡(luò)中,同時會有ηN個傳感器節(jié)點(diǎn)由于用光能量或者被物理破壞而死亡,所以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中S(t)+I(t)+R(t)=N;

步驟三、建立優(yōu)化控制策略,確定優(yōu)化目標(biāo)函數(shù);建立優(yōu)化控制策略具體為設(shè)定在時刻t激活的免疫控制節(jié)點(diǎn)的比例為v(t),根據(jù)惡意程序傳播模型建立優(yōu)化控制策略表示為:

設(shè)定優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)具體為:

其中,tf為末端時刻,B,C分別為對應(yīng)成本參數(shù);

步驟四、根據(jù)步驟三中的優(yōu)化控制策略和優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),得到最優(yōu)控制函數(shù),實(shí)現(xiàn)對惡意程序傳播進(jìn)行最優(yōu)控制;

在優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)中,使用激活的移動免疫節(jié)點(diǎn)的數(shù)量比例v(t)作為控制變量,尋找一個最優(yōu)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,tf)};

對于一個優(yōu)化控制問題:

其中Ω是正向不變集;存在一個最優(yōu)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(tǒng)狀態(tài)的解滿足其初始的正向不變集Ω;

(3)系統(tǒng)狀態(tài)方程函數(shù)是連續(xù)的;

(4)函數(shù)L(x,u)在控制集U上是凸函數(shù);

(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(biāo)函數(shù)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(tài)方程有解;

對于條件(3),系統(tǒng)狀態(tài)方程為

因此條件(3)成立;

對于條件(4),證明L(x,u)是凸函數(shù),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(yōu)化控制問題存在最優(yōu)控制解v*(t)與在最優(yōu)控制解v*(t)下的各狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量S*,I*與R*;由Pontryagin極大值原理知,存在最優(yōu)控制解v*(t)時,則伴隨函數(shù)表示為:

且伴隨函數(shù)的橫截條件為:λi(tf)=0,i=1,2,3;

同時,根據(jù)Hamiltonian函數(shù)對控制變量求導(dǎo)得:

考慮到控制變量要滿足約束條件,得出最優(yōu)控制函數(shù)為:

2.如權(quán)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(jù)SIR模型設(shè)定網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)的四種狀態(tài)分別為易感狀態(tài)S,感染狀態(tài)I,免疫狀態(tài)R和死亡狀態(tài)D。

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