一种多种攻击并发下的WSN生存性评估模型

无线传感器网络的生存性已成为部署传感器网络的一个重要考量因素。可生存的无线传感器网络要求在多种攻击并发的情况下能够继续提供关键服务,基于此提出一种多种攻击方式下的、基于簇的无线传感器网络生存性评估模型。因传感器网络的簇中存在多个遭受攻击的节点,为了更准确地判定簇的状态,设计了一种阈值机制来触发因多种攻击而产生的状态之间的转移,准确刻画了网络在遭遇攻击后采取的反制措施。利用连续时间马尔可夫链建立生存性评估模型并求解出可用性与生存性指标,分析了影响传感器网络生存性与可用性的若干因素。仿真结果表明,提高网络修复率和攻击响应率能有效提高生存性与可用性,并且提出的模型能正确地区分网络遭受的攻击形式。     

基于微分博弈的无线传感器网络恶意程序传播模型

恶意程序传播是无线传感器网络WSNs(Wireless Sensor Networks)面临的一项重要安全问题,传统的研究大多从入侵检测方法的角度阻止恶意程序的传播,很少考虑攻防博弈策略对恶意程序传播过程的影响。从博弈论的角度对攻防双方的博弈策略进行分析,建立了WSNs的攻防博弈模型及恶意程序传播模型,并将博弈均衡策略与传播模型耦合起来,得到了博弈参数与传播模型的稳态感染比例之间的关系。研究结果显示:当合法节点被感染恶意程序时的损失大于其检测到恶意程序时的收益时,能有效抑制WSNs中恶意程序的传播。此外,通信半径的增加、节点的移动行为能加速恶意程序的传播。研究结果对抑制WSNs中的恶意程序传播具有理论指导作用。     

面向恶意程序传播的异质WSNs稳态可用度评估

为预测异质传感网(HWSNs)的可用性能,提出一种面向恶意程序传播的HWSNs稳态可用度评估方法.在考虑异质传感节点实际状态基础上,增加状态D(死亡)扩展经典SIR传染病模型得到SIRD模型以描述节点因能量耗尽、物理损坏或恶意程序攻击导致功能丧失的情况.使用Markov链描述节点各状态之间的动态转换过程,分析得到状态转换矩阵和各状态变化的动力学方程.推理得到一个异质传感节点的稳态可用度计算公式,再依次推理得到星形和簇形HWSNs稳态可用度计算公式.实验分析了IDS检测率和误报率对异质传感节点稳态可用度的影响,验证了所提出方法的有效性.     

一种基于分簇的无线传感器网络GPSR协议

在实际应用中,无线传感器网络(WSNs)中的节点分布不均匀且节点能量有限,由于节点工作量大小不同,导致节点能量损耗不均衡,从而影响WSNs生存周期.为了延长网络生存周期,提出一种基于分簇的WSNs GPSR协议.该协议首先将网络划分为若干个簇,每个簇需选择合适的簇头,而簇头选择以剩余能量为指标,并在簇内轮换.簇内采用改进的贪婪算法将数据汇集到簇头节点,有效避免了局部最小化问题.仿真实验表明:该协议能延长网络生存周期,提高数据传输成功率.     

无线传感器网络的生存性评估

当前无线传感器网络的生存性评估模型均假设网络的节点分布符合某种规律且在长期的运行中规律保持不变,但该种模型未考虑节点的移动性。针对以上问题进行了研究,通过引入节点的移动速率建立连续时间马尔科夫链表示的评估模型,该模型不依赖于网络的拓扑,能准确反映出节点的实际分布情况;其次研究不同攻击和故障对节点隔离的影响;稳态连通概率是刻画可生存性最为重要的指标,最后提出该指标的计算方法。仿真实验结果表明,本文提出的生存性评估模型能够对无线传感器网络的生存性进行有效的评估。     

基于SMP的分簇WSN生存性评估模型

无线传感网(WSN)很适合用于战场侦察和应急通信等场合,增强WSN的生存能力并对其进行量化评估逐渐受到关注。本文提出一种基于半马尔可夫过程(SMP)的分簇WSN生存性评估模型,该模型在考虑应急通信中簇头生存状态的基础上建立了基于SMP的簇头生存状态转移图;结合网络生存性需求计算WSN的生存性效用函数,并定量分析了多种评价指标对网络生存能力的影响及其相关性;进而,利用该模型对采用SRPC协议和RLEACH协议的WSN生存能力进行了量化评估和比较分析。分析与验证结果表明,提出的生存性评估模型不仅可以对应急通信中WSN的生存能力进行客观有效的评估,还能对WSN的实际部署和应用提供参考依据。     

基于双簇头网格调度的WSNs能量空洞缓解

设计了基于双簇头网格调度反馈结构的无线传感器网络（WSNs）非均布节点能量空洞缓解机制,并设计了主副簇头网格聚类算法,形成网格单元;依据节点身份（ID）与网格ID,定义鉴定规则,确定网格中的WSNs节点;构造了网格单元中心点的计算数学模型,依据该中心点坐标确定每个网格单元的簇头,调度网格内的节点;构建了主-副-相邻簇头的数据调度传输结构,有效分散了节点所承担的负载,并对本机制性能进行理论分析.仿真结果表明：与其他机制相比,在非均布节点环境下,该算法更能有效避免网络能量空洞,其节点持续时间最长,显著消除了“漏斗效应”.     

一种基于遗传聚类的无线传感器网络分簇算法

针对无线传感器网络(WSNs)存在负载能量不平衡的问题,为实现传感器网络能耗均衡、最大化延长网络周期,提出一种基于遗传模糊聚类算法的WSNs分簇算法。在该算法中,用遗传算法(GA)优化模糊聚类算法,改进模糊聚类算法对初始值敏感的问题,形成节点位置的最优分簇。仿真结果表明:无论传感器节点如何分布,与FCM相比,该算法每次都收敛到最优目标函数值,每次分簇结果都相同,其分簇效果要优于FCM。     

基于协作传输的大范围WSNs能耗均衡分簇算法

由于大范围无线传感器网络（WSNs）节点的数量巨大,网络的能量消耗极不均,提出一种基于协作传输的分簇算法—EBBMCC—LS算法。该算法在保证网络均匀分簇的前提下,能保证网络中簇头节点的均匀分布,在簇间通信时加入协作传输策略,传感器节点之间通过协作传输构成虚拟多天线系统,改善系统性能,解决了大范围WSNs中的能耗不均现象。实验验证：该算法能够均衡大范围WSNs中的能耗,延长网络寿命,可促进大范围WSNs应用的推广。     

无线传感器网络的分布式竞争路由算法

在WSNs体系结构中,路由算法是网络层的关键,分簇技术在路由算法中可提高WSNs的扩展性;提出一种竞争簇头,非均匀分簇和多跳路由相结合的WSNs分布式竞争路由算法(DSA);它的核心是构建一个高效的非均匀分簇算法,通过竞争的方式候选簇头,靠近基站的簇头为簇间的数据转发预留能量,根据节点的剩余能量、簇内和簇间通信代价,每个簇头在邻居簇头集中用贪心法确定中继节点;仿真表明,DSA算法能有效平衡了簇头的能耗、均衡了网络能耗、显著延长网络生存周期.     

Survivability evaluation towards attacked WSNs based on stochastic game and continuous-time Markov chain

Because a large number of Wireless Sensor Networks (WSNs) are deployed in unsafe surroundings, the survivability evaluation towards attacked WSNs has become a critical issue. Due to its popularity, the cluster-based structure of WSNs in this paper is selected to be studied and regarded as a serial-parallel system according to its characteristics. In order to set up the relation between the intention of attack behaviors and the randomness of continuous-time Markov chain (CTMC), we construct an attack-prediction stochastic game that is able to attain the attack probabilities adopted by the attacker in different states. Therefore, the consequence from a successful attack can be modeled as a deliberate state change of the CTMC. Upon this, the state transition matrix describing various states during the lifetime of an attacked sensor node can be formed. We are then able to compute the MTTF (Mean Time To Failure) of an attacked sensor node in perspective of CTMC. Based on the classical reliability theory, we thus propose a mechanism of survivability evaluation for attacked WSNs, which is composed of the reliability, survival lifetime, and availability in the steady state. Our experiments show the influence degree of the game parameters to the expected motivation of the attacker as well as disclose the relation between the MTTF of an attacked sensor node and the expected motivation of the attacker. In addition, the effectiveness of our survivability evaluation metrics is validated. These results will be able to build up the theoretical foundation to guide the design of highly survival WSNs.     

基于最优反应均衡的传感网恶意程序传播抑制方法

为抑制传感网恶意程序传播,在考虑传感网恶意程序传播参与者"有限理性"的基础上,提出一种基于最优反应均衡的方法.根据传感网恶意程序传播过程中的博弈分析,建立传感网恶意程序传播阶段博弈模型以反应传感网恶意程序和传感网入侵检测系统之间的博弈交互过程.由参与者之间博弈交互持续进行的事实,建立传感网恶意程序传播重复博弈模型.使用最优反应均衡预测传感网恶意程序的行为以解决重复博弈纳什均衡解求解困难的问题,给出抑制传感网恶意程序传播的算法.实验分析了参与者基于最优反应均衡的策略,对所提出方法的有效性进行了验证.     

一种WSNs中的强实体认证协议

无线传感器网络(WSNs)由于其部署环境的开放性、资源的有限性等特点,比传统网络更易受到安全方面的威胁,其安全问题变得极为重要。针对WSNs中的认证机制的效率和安全问题,提出了一种有效的强实体认证协议。通过采用秘密共享方案,通过多个节点对用户进行认证,能够有效地防止非法用户加入网络。通过实验分析和对比表明:协议既能满足网络对安全的需求,又能最大程度地节约传感器节点的能量。     

无线传感器网络可生存性增强技术研究概述

无线传感器网络(WSNs)应用日益广泛,增强传感器网络的生存性就显得尤为重要。从容错技术、入侵检测技术和自再生技术3个方面入手,介绍了WSNs可生存性增强技术领域的经典理论和近几年的研究成果,并探讨了WSNs可生存性技术研究的发展方向。     

基于无线传感器网络的远距离结构健康监测

针对复合材料结构健康监测的特点和需求,实现了一套基于无线传感器网络(WSNs)的远距离结构健康监测系统。系统构成包括前端传感监测子系统、WSNs子系统和远终端监控子系统。为了扩大系统的监测范围,降低系统网络功耗及成本,提高系统的稳定性、智能性和抗毁性,研究了自制的无线传感节点、多跳路由技术及小型化配接电路,改进了终端程序和网络节点程序。实验证明:相对于传统有线的监测方式,基于WSNs的结构健康监测具有灵活性高、负重轻、成本低、搭建移动方便、维护容易等优点。     

Scale-free topology evolution for wireless sensor networks with reconstruction mechanism

How to improve survivability of wireless sensor networks (WSNs) is an important issue which has attracted much attention over recent years. In this paper, by resorting to complex network theories, we propose two models, namely, a linear growth evolution model (LGEM) and an accelerated growth evolution model (AGEM). In the model evolution processes, the following factors: node addition, node deletion, and link reconstruction that naturally arise from practical WSNs applications are considered. In addition, accelerated growth is introduced into the evolving processes of AGEM. Theoretical analysis shows that AGEM is an extension of the LGEM model, and AGEM is generally more flexible and accommodating in practice. Simulation results show that the degree distributions of two models have scale-free characteristics and the topologies generated by the two models show a good survivability under random and deliberate attacks.     

基于能量有限型无线传感网的恶意软件攻防优化策略

本文针对目前无线传感网络中恶意软件模型化工作的不足,从攻击与防御角度出发,考虑了攻击扫描速率对于攻防优化策略的不同意义,同时考虑了无线传感节点能量有限的特征,在传统恶意软件传播模型的基础上提出了一种改进的无线传感网络恶意软件攻防优化模型。该模型在传统SIR传播模型基础上进行扩展,考虑了免疫与修复的不同因素,最终给出了攻防优化评估方案。通过仿真实验表明,该攻防优化评估方案能够高效地描述攻击扫描参数对恶意软件在无线传感网络中攻击与防御各自效果最大化的关键影响。     

Location-Aware Combinatorial Key Management Scheme for Clustered Sensor Networks

Recent advances in wireless sensor networks (WSNs) are fueling the interest in their application in a wide variety of sensitive settings such as battlefield surveillance, border control, and infrastructure protection. Data confidentiality and authenticity are critical in these settings. However, the wireless connectivity, the absence of physical protection, the close interaction between WSNs and their physical environment, and the unattended deployment of WSNs make them highly vulnerable to node capture as well as a wide range of network-level attacks. Moreover, the constrained energy, memory, and computational capabilities of the employed sensor nodes limit the adoption of security solutions designed for wire-line and wireless networks. In this paper, we focus on the management of encryption keys in large-scale clustered WSNs. We propose a novel distributed key management scheme based on Exclusion Basis Systems (EBS); a combinatorial formulation of the group key management problem. Our scheme is termed SHELL because it is Scalable, Hierarchical, Efficient, Location-aware, and Light-weight. Unlike most existing key management schemes for WSNs, SHELL supports rekeying and, thus, enhances network security and survivability against node capture. SHELL distributes key management functionality among multiple nodes and minimizes the memory and energy consumption through trading off the number of keys and rekeying messages. In addition, SHELL employs a novel key assignment scheme that reduces the potential of collusion among compromised sensor nodes by factoring the geographic location of nodes in key assignment. Simulation results demonstrate that SHELL significantly boosts the network resilience to attacks while conservatively consuming nodes' resources.     

单节点的无线传感器网络数据传输优化策略

为了提高无线传感器网络（WSNs）节点能量的利用率,延长WSNs的生存时间,提出了一种单节点的WSNs数据传输优化策略.首先对WSNs结构进行分析,并建立单个传感器节点数据传输优化的数学模型;然后采用惩罚函数法对数据传输过程中的传感器节点能耗进行优化;最后在Matlab 2012平台对其进行仿真分析.结果表明：该方法可以根据环境能量的变化对传感器节点能耗进行自适应优化,提高了节点的累积数据传输总量,可以较好适应环境能量不确定性.     

J-Sim下WSNs仿真框架的扩展设计与实现

随着无线传感器网络(WSNs)的应用,如何延长网络生命周期,对路由协议的研究提出了挑战。为了更好地研究能量高效利用的WSNs路由协议,建立对WSNs能耗支持较好的仿真平台具有十分重要的现实意义。针对J-Sim下WSNs框架对能耗仿真支持不好的问题,在现有的WSNs框架基础上提出了一种支持能耗仿真的WSNs仿真框架并在该框架上扩展实现LEACH协议。实验结果表明改进后的WSNs框架可以真实地仿真WSNs,获取有价值的仿真结果。