[发明专利]分簇路由协议下WSN恶意程序传播的建模与防控方法

权利要求书

1.一种分簇路由协议下WSN恶意程序传播的建模与防控方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、对分簇路由协议的传感网络中每种类型节点传染病毒效力进行建模，引入Holling-Ⅱ函数刻画传染的饱和性；

第二步、引入Kermark-Mckendrick模型刻画节点间的状态变化，并且改进K-M模型具体应用到簇头与簇节点的传染关系中；建立状态转化方程组；

第三步、建立关于染病节点占比与防控病毒传播成本的优化目标函数，求解最优化问题；

第四步、建立免疫时效性函数刻画补丁失效情况，进行数值仿真，刻画防控随时间的效果图。

2.根据权利要求1所述的分簇路由协议下WSN恶意程序传播的建模与防控方法，其特征在于，适用于分簇路由协议中，即第二步具体如下：

(1)N为传感器总数，n为簇头个数，易感状态节点S中簇头以转化量转化为染病状态簇头I₁，该过程转化率设为λ₁，转化量的形式为Holling-Ⅱ函数形式，以描述其感染饱和性，其中m为参数；易感状态节点S中下属节点以转化量转化为染病状态下属节点I₂，该过程转化率设为λ₂；部分易感节点S被免疫，免疫的节点数占所有易感节点比例为a(t)，即有a(t)的易感节点S转化为R类节点，其中a是时间的函数，Λ，λ为常数；

(2)部分染病状态节点I被排查，被排查的节点占所有染病节点的比例为b(t)，即有b(t)比例的I类节点转化为R类节点，其中b是时间的函数；

(3)S(t)为t时刻易感节点数，I(t)为t时刻染病节点数，R(t)为t时刻免疫节点数，由上述描述可推出各状态之间的转移方程如下：

即最终有：

3.根据权利要求1所述的分簇路由协议下WSN恶意程序传播的建模与防控方法，其特征在于，由一阶无线电模型First Order Radio Model确定网络中每个节点的耗能，进而确定节点生死状态。

4.根据权利要求1所述的分簇路由协议下WSN恶意程序传播的建模与防控方法，其特征在于，所述第三步具体为：

(1)将免疫率a(t)以及排查率b(t)两个变量进行控制，得到控制集；

(2)定义目标函数

其中T为任意时刻；

(3)以步骤(2)的目标函数和第三步得到的状态转移方程为依据，推导得到哈密顿函数；

(4)以步骤(1)得到的控制集为第二约束条件，通过哈密顿函数得出最优的控制变量，使得网络中染病节点最少，抵御恶意程序传播的成本最少。

5.根据权利要求1所述的分簇路由协议下WSN恶意程序传播的建模与防控方法，其特征在于，所述分簇路由协议包括Leach分簇协议和PSO-UFC分簇协议。

6.根据权利要求5所述的分簇路由协议下WSN恶意程序传播的建模与防控方法，其特征在于，所述Leach分簇协议包括如下步骤：

(1)选簇头阶段：

正式成簇之前必须先在所有节点中依照协议选择簇头，Leach协议的规则为：只有之前未成为过簇头的节点之后可以被选为簇头，这类节点集合用G表示，该成簇机制可用每个节点被选为簇头的概率T(n)加以描述；第1/P–1轮时，为了让系统所有节点都能参与分担簇头的耗能压力，令剩余没有被选中为簇头的节点全部成为簇头；第1/P轮，所有节点成为簇头的历史被清除，重新获得成为簇头的资格，

T(n)是选择一个节点作为簇头的概率函数，P是系统中期望簇头的数目与节点总数的比率，r为仿真轮数或仿真时间计数变量，G为所有未担任过簇头的节点集，初始状态下包含网络中所有传感器节点，集合元素的数量随迭代递减，每经过P轮G恢复初始状态；

(2)成簇阶段：

选出簇头后，簇头依照协议进行广播，令接收到广播的下属加入本簇；下属节点依照距离远近，寻找距离最近的簇，向对应簇头发送信息告知，从而加入该簇；

(3)信息交流：

每轮成簇后，每个普通节点都向簇头发送一次信息，簇头将信息融合后发给基站，之后进入下一轮成簇。

7.根据权利要求5所述的分簇路由协议下WSN恶意程序传播的建模与防控方法，其特征在于，所述PSO-UFC分簇协议执行步骤为：

(1)选出簇头：

基于簇内距离、距基站距离、传感器节点剩余能量的线性组合构建适应度函数，使适应度函数最大；采用粒子群算法解决选簇头这一NP问题，

其中||N_i-MCH_j||为下属节点i距簇头节点j的距离，l_j为属于簇头j的下属节点的数量，E_R(MCH_j)为实际簇头j的剩余能量，||MCH_j-BS||为簇头节点距基站的距离，Fitness为适应度函数，优化目标为适应度函数最小，α,β,γ为常系数；

(2)簇的构造：

簇头组合选取结束后，下属节点接受到簇头的广播后选择将加入的簇；选择依据包括簇头节点距离、簇头节点距基站距离、簇头节点剩余能量、簇头节点的节点度；下属节点遍历可加入的簇头，从中选出相对节能的簇头加入，并向该簇头发送信息进行反馈；

(3)多跳路径构造：

集群簇形成后，构建簇头节点之间的多跳路径用于信息交流，路径的选择依据簇头节点剩余能量、簇头节点之间距离、簇头节点距基站的距离、簇头节点的节点度，形成合适的多跳路径；

(4)信息交流：

每轮成簇之后，每个下属节点都向簇头节点发送探测到的消息，簇头节点将多条消息融合，然后将融合后的消息按照多跳树路径发送给下一个簇头，之后进入下一轮成簇。