[發(fā)明專利]基于移動免疫的惡意程序傳播控制方法

有效

• 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

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T_m，停留時間為T_p；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(2rvT_m+πr²)；在一個通信的單位時間t_u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t_u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t_u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，t_f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,t_f)}；

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：λ_i(t_f)＝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。