[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

说明书

本发明涉及一种分簇路由协议下无线传感网络(WSN)恶意程序传播防控方法，主要思路为：按传染病理论将节点划分为易感、染病、免疫、死亡四种节点，节点状态存在随时间的相互转化；其中对簇头和下属节点的感染过程进行区分，并引入Holling‑Ⅱ函数描述下属感染簇头过程的饱和性；建立对易感节点的免疫和染病节点的排查相结合的防控机制，并以对易感节点的免疫比例和对染病节点的排查比例为控制变量，构建了考虑成本的防控效益目标函数，利用最大值原理得到了最优的防控条件，使得在达到预定防控效果的同时使成本最低。

技术领域

本发明属于通信网络技术领域，尤其涉及一种基于改进的K-M模型的分簇路由协议下WSN恶意程序传播的防控方法。

背景技术

无线传感器网络简称WSN，其网络末梢可自动探查、感知分布于外部世界的各类物理量。由于其造价便宜、部署方便，目前已经在农业、军事、工业制造等众多领域中得到了应用。在WSN网络系统中，传感器的信息通信方式主要以无线的方式进行，导致了传感器没有固定的拓扑结构，恶意程序在其中的传播破坏力强且不易被阻挡。

计算机病毒的广义定义是：“凡是能复制自己来‘感染’目标系统，引起计算机和网络故障，破坏计算机数据的程序统称为计算机病毒。”在本文中，我们认为，恶意程序即恶意代码(malicious code)，是广义上的计算机病毒。

本发明中传感器采用了分簇路由协议，在此类协议下恶意程序传播与在平面路由协议下具有明显不同点。平面路由下各个传感器节点彼此等价，传播过程也较为稳定、均匀。而分簇路由的协议决定了簇头和普通节点的不平等性：一方面簇头比普通节点在收信、融合和多跳方面耗费更多的能量代价，另一方面，簇头收到的信息数更多，被感染的风险远高于普通节点。现有的恶意程序传播的防控方法主要建立在平面路由协议之下，而对分簇路由协议下恶意程序传播的防控缺乏有效方法。本发明提出一种基于改进的K-M模型的分簇路由协议下WSN恶意程序传播的防控方法。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种基于改进的K-M模型的分簇路由协议下WSN恶意程序传播的防控方法：通过微分方程组描述传感器网络中恶意程序传播，能够很好地反映现实中恶意程序的感染情况，并提出了一种针对恶意程序在分簇路由协议下WSN的抑制方法，有效优化了恶意程序的防控。

技术方案：本发明提出分簇路由协议下WSN恶意程序传播的建模与防控方法，其实现步骤为：

步骤一、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；

步骤二、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；

步骤三、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；

步骤四、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；

进一步地，所述步骤二具体包括：

(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；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：