基于连续时间马尔可夫链的无线传感器网络生存性评估

发布时间：2020-08-10 10:40

【摘要】：随着传感器技术的快速发展,传感器网络在各个领域的应用也越来越广泛。由于传感器通常部署在无人值守、条件恶劣的环境中,导致传感器网络非常容易遭到破坏。在这种情况下,评估网络是否能继续提供关键服务具有重要的意义。生存性是指网络在遭受攻击后继续提供关键服务的能力,因此对无线传感器网络(WSN)进行生存性评估十分重要。针对现有无线传感器网络生存性的研究现状,本文首先提出一种平行组合的网络评估模型,以解决现有评估模型对节点分布以及网络拓扑的依赖,然后在此基础上设计了单节点相关的生存性评估指标和网络相关的生存性评估指标并对指标进行了计算,解决现有评估模型中评估指标单一,不能全面评估网络生存性的问题。本文的主要研究工作如下:(1)提出一种基于单节点行为组合的网络可生存性评估模型。首先利用连续时间马尔可夫链(CTMC)建立单节点在遭受攻击等破坏行为下的状态转换模型,该模型充分考虑了节点遭受黑洞攻击和水母攻击后状态的变化;其次,建立一种CTMC之间的行为组合模型,该模型通过引入连通函数记录节点之间的连通状态,有效解决了其他模型中普遍存在的对节点分布和网络拓扑结构依赖的问题。(2)针对单节点可生存性评估,提出三种评估指标,分别是单节点稳态可用性、单节点瞬时可用性和单节点期望攻击次数。单节点稳态可用性评估节点在长期运行过程中处于正常工作状态的概率,单节点瞬时可用性评估节点在某一时刻正常工作的概率,单节点期望攻击次数评估节点在某一段时间段内遭受攻击的次数。此外针对这三种指标还设计了基于CTMC的计算方法。(3)针对网络可生存性评估,提出两种评估指标,分别是网络稳态k连通概率和网络最低可用性。网络稳态k连通概率评估网络在长期运行过程中,网络中所有处于正常工作状态的节点与网络是k连通的概率,网络最低可用性评估网络在长期运行过程中,处于正常工作状态的节点数量不少于网络失效时节点数量的概率。此外针对这两种指标还设计了基于CTMC的计算方法。实验结果表明,转移速率对网络连通概率和最低可用性的影响与实际网络在遭受攻击、破坏时网络连通性和可用性变化是一致的,提出的模型和指标是有效的。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【图文】：

状态变化,节点,黑洞

图 3.6 节点由 C 变为 F 后连通状态变化的影响向所有的邻居节点发送伪造的数据，让邻居节点认为该径最短[47]，从而把数据发送给黑洞节点，但是黑洞节点送过来的数据。因此当节点 2 由合作状态 C 变为黑洞状向（除了节点 2）其它的节点发送信息，而且节点 2 不据，此时认为节点 2 到节点 0 不连通，同时节点 1 到 2 以外）的连通状态由连通变为不连通。连通状态变化

节点,黑洞,状态变化

图 3.6 节点由 C 变为 F 后连通状态变化的影响所有的邻居节点发送伪造的数据，让邻居节点认为该最短[47]，从而把数据发送给黑洞节点，但是黑洞节点过来的数据。因此当节点 2 由合作状态 C 变为黑洞（除了节点 2）其它的节点发送信息，而且节点 2 不据，此时认为节点 2 到节点 0 不连通，同时节点 1 到2 以外）的连通状态由连通变为不连通。连通状态变化

状态变化,节点,状态

图 3.8 节点由 C 变为 J 后连通状态变化的影响了避免变成失效的节点，对接收到的数据不会再进状态 C 变为自私状态 S 后，节点 2 到节点 0 由连通通变化和水母节点是一样的。分析据库的状态进行了分析，把数据库的状态分为四种状态、探测状态和恢复状态，利用 SMP 建立了状态状态的分析过于简单，没有考虑数据库出现故障的。Peng[49]把网络分为若干个子系统,仅仅根据子系统模型，没有对各个子系统的状态进行详细的分析，所

【参考文献】