移动自组网病毒传播模型及稳定性研究

发布时间：2017-09-24 06:15

  本文关键词：移动自组网病毒传播模型及稳定性研究

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【摘要】：近年来,由无线传感器等短距离通讯设备构成的移动自组织网络(Mobile Ad Hoc Networks, MANETs)被普遍应用于各类领域,如文物保护、空间探索、军事侦查等工业和军事领域中。然而由于MANETs节点本身的资源局限性,比如存储能力、电池电量和通信范围等,加之由于节点持续移动而导致网络拓扑结构动态变化,很难构建可靠的安全防护机制,因此其安全问题备受关注。当前针对MANETs的安全研究大多数都集聚在通信协议和安全认证等方面。这些研究能够帮助内部网络有效抵御来自外部网络的恶意攻击行为,但是却无法有效抵御网络内部恶意攻击行为,比如蠕虫攻击等。一旦蠕虫等恶意病毒在网络中传播开来,将大量消耗网络中节点的电池电量,损耗节点的硬件设备,从而导致网络通信的中断甚至永久性的瘫痪。因而我们有必要针对蠕虫等恶意病毒在MANETs中的传播方式及相关特性加以深邃的探讨。在本文中我们将重点探究MANETs病毒传播行为及其相关的影响因素。众所周知,因为MANETs节点的持续、不间断移动,其网络拓扑也将随时间发展而转变。因此其传播行为将受到网络中节点移动方式(比如速度、角度)以及通信半径等因素的影响,那么如何将这些因素整合到传播模型中将是我们首先要解决的问题。另外,由于先前大多数研究认为MANETs节点持续移动而导致网络拓扑结构动态变化,网络中的安全补丁无法在网络中快速传播,因而其脉冲免疫是不现实的,并因此忽视了对MANETs脉冲免疫病毒传播行为的研究。然而不可否认的一个事实是：MANETs的安全补丁可以通过基站或者中心节点以广播形式在网络中进行传播,其他节点在收到并安装安全补丁以后,节点内置的安全机制将立即生效,从而出现在同一时间对网络中大量感染节点进行治愈的脉冲免疫现象。因此,我们将针对MANETs脉冲免疫下的病毒传播行为做更深入的探讨。最后,考虑到基于平均场理论(Mean Field Theory, MFT)刻画MANETs网络节点移动行为过于理想化,难以体现出现实环境中节点移动的个体差异性以及移动方式的复杂性,我们将依据元胞自动机(Cellular Automata, CA)理论构造MANETs病毒传播模型,并深入探究MANETs节点移动个体差异性与病毒传播之间的关系。总之,本文将针对MANETs病毒传播行为进行研究,主要工作如下：(1)基于MFT病毒传播模型。考虑到MANETs中节点状态转换关系,以及节点通信半径和移动速度与MANETs网络病毒传播的密切关系,利用微分方程建立MANETs的病毒传播的动力学模型。基于非线性系统稳定分岔理论分析MANETs病毒传播动力学和病毒是否消亡的感染临界特性,研究该系统平衡点存在条件以及系统在平衡点处的稳定性。(2)基于MFT病毒传播脉冲免疫模型。考虑到MANETs脉冲免疫的现实可行性,建立MANETs病毒传播脉冲免疫模型。基于脉冲微分方程(Impulsive Differential Equations, IDE)稳定性理论分析脉冲免疫下的MANETs的病毒传播行为和病毒是否消亡的感染临界特性,并对该系统的无病(Disease-free, DF)周期解的存在性、稳定性以及地方病(Endemic, ED)的持续存在性加以剖析。(3)基于CA理论病毒传播模型。考虑到基于MFT理论研究MANETs病毒传播行为时,难以有效描述并反映现实情况下节点移动的复杂性以及相互之间的个体差异性,我们提出具有一般性特征的随机四元移动模型,并依据CA思想构建该网络病毒传播模型。基于概率统计学理论,对MANETs节点移动行为的个体差异性和病毒传播的关系进行定性研究。
【关键词】：移动自组织网络 病毒 稳定性 平衡点 元胞自动机
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP393.08
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景和状况10-15
• 1.1.1 背景介绍10-11
• 1.1.2 经典传播模型11-14
• 1.1.3 研究的原因和目的14
• 1.1.4 国内外研究状况14-15
• 1.2 研究内容及意义15-16
• 1.2.1 研究内容15-16
• 1.2.2 研究意义16
• 1.3 论文结构及章节安排16-18
• 第二章 移动自组网综述18-24
• 2.1 移动自组网发展及特点18-19
• 2.1.1 移动自组网发展历史及定义18-19
• 2.1.2 移动自组网的特点19
• 2.2 移动自组网的应用19-21
• 2.2.1 应用范畴19-20
• 2.2.2 应用案例20-21
• 2.3 移动自组网面临挑战和问题21-22
• 2.3.1 移动自组网面临的挑战21
• 2.3.2 当前研究的主要问题21-22
• 2.4 本章小结22-24
• 第三章 基于平均场理论移动自组网病毒传播模型24-34
• 3.1 问题描述24-26
• 3.1.1 网络模型24-25
• 3.1.2 病毒传播机制25-26
• 3.2 系统稳定性分析26-28
• 3.2.1 平衡点存在性26
• 3.2.2 平衡点稳定性26-28
• 3.3 仿真实验28-32
• 3.3.1 移动速度ν对传播影响29-30
• 3.3.2 通信半径r对传播影响30
• 3.3.3 免疫成功率p对传播影响30-31
• 3.3.4 免疫失效率α对传播影响31-32
• 3.4 本章小结32-34
• 第四章 基于平均场理论脉冲免疫移动自组网病毒传播模型34-48
• 4.1 问题描述34-36
• 4.1.1 网络模型34
• 4.1.2 传播机制34-36
• 4.2 系统稳定性分析36-43
• 4.2.1 无病周期解存在性36
• 4.2.2 无病周期解的稳定性36-39
• 4.2.3 地方病持续存在性39-43
• 4.3 仿真实验43-47
• 4.3.1 移动速度v对传播的影响43
• 4.3.2 通信半径r对传播的影响43-45
• 4.3.3 脉冲周期丁对传播的影响45-47
• 4.3.4 脉冲免疫率θ_1,θ_2对传播的影响47
• 4.4 本章小结47-48
• 第五章 基于元胞自动机移动自组网病毒传播模型48-56
• 5.1 节点移动模型48-50
• 5.1.1 随机漫步模型48-49
• 5.1.2 随机路径点模型49
• 5.1.3 随机方向模型49
• 5.1.4 随机四元移动模型49-50
• 5.2 基于元胞自动机传播模型50-52
• 5.2.1 元胞自动机概述50-51
• 5.2.2 基于元胞自动机的传播模型51-52
• 5.3 仿真实验及结果分析52-55
• 5.3.1 移动速度53
• 5.3.2 移动持续时间53-54
• 5.3.3 停留时间54
• 5.3.4 移动角度54-55
• 5.4 本章小结55-56
• 第六章 总结与展望56-58
• 6.1 论文工作总结56-57
• 6.2 今后工作展望57-58
• 参考文献58-64
• 致谢64-66
• 硕士期间科研成果66
• 参加科研项目66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 张颖;沈中;常义林;;增强Ad hoc网络连通性的单节点移动算法[J];华南理工大学学报(自然科学版);2011年07期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 张文杰;微博网络的传播模型和观点演化趋势研究[D];北京交通大学;2013年

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本文编号：909813