基于元胞自动机的SIRC传播模型设计方法技术

技术编号:15898699 阅读:19 留言:0更新日期:2017-07-28 21:31
本发明专利技术公开了一种基于元胞自动机的SIRC传播模型设计方法。其包括建立无线传感器网络模型,采用周期性免疫算法免疫网络中节点,采用无线信道分配算法分配节点信道的通信信道,基于休眠调度机制构建基于元胞自动机的SIRC传播模型。本发明专利技术通过休眠唤醒调度机制大大延长了WSN的生命周期,解决了现有技术中基于CA模型的恶意程序传播模型之中缺乏对于WSN中节点间的休眠唤醒调度机制的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于元胞自动机的SIRC传播模型设计方法
本专利技术属于无线传感器网络
,尤其涉及一种基于元胞自动机的SIRC传播模型设计方法。
技术介绍
现在,无线传感器网络(WirelessSensorNetwork,WSN)越来越广泛的应用于生活、经济与军事等各个方面。由于无线传感器网络中传感器节点的资源受限且常常布置在环境恶劣的地方,无线传感器网络很容易被恶意程序入侵。这些恶意程序可能会窃取网络信息,甚至破环整个无线传感器网络。所以,无线传感器网络的安全形式越来越严峻。对于恶意程序再无线传感器网络中的传播行为,现有的研究一般都是基于传染病传播理论,结合无线传感器网络的本身一些特点来构建恶意程序在无线传感器网络中的传播模型,从而找到相应的控制策略来抑制恶意程序在无线传感器网络中的传播。所以,在传统的SIR(Susceptible-Infective-Recovered)传染病模型的基础上,考虑传感器节点的能量消耗、传感器节点的传输半径与节点密度、WSN的休眠唤醒机制,构建恶意程序再WSN中的传播模型,并且分析该模型的平衡点及平衡点的稳定性。近年来,元胞自动机(CellularAutomata,CA)模型已经广泛的应用于WSN的各种研究之中。其中,元胞自动机模型是指一种微观个体相互作用,时间与空间及状态都是离散化的自组织动态系统。CA模型结构比较简单,但是它们可以通过简单的转换规则来演示复杂系统的动态变化。而且,WSN与元胞自动机有许多相似的地方,其中,WSN中的传感器节点类似于CA中的元胞,WSN是一个自组织类型的网络,网络中的传感器节点通过收集邻居的信息等局部信息来实现整个网络的功能,而CA也是通过邻居之间的状态来进行状态转换,所以,CA模型用于WSN的研究是非常适合的。在基于CA模型的WSN的研究中,将WSN所在的空间与时间都离散化,同时元胞的状态也是离散的,在离散空间中,CA中全部元胞都按照相同的演化规则实现无线传感器网络的动态变化。许多的研究者使用元胞自动模型来研究无线传感器网络中的恶意程序传播。其中有文献较早的使用CA模型来构建恶意程序在WSN的传播模型,通过他们构建的恶意程序传播模型,发现WSN的无线信道争用机制及网络中节点的整体密度对恶意程序的传播有较大的影响。另有文献研究了现有的WSN占中恶意程序传播模型的不合理的地方,考虑现有的经典恶意程序传播模型,提出了一种改进的无线传感器网络恶意程序攻防优化模型。但是,在上面的基于CA模型的恶意程序传播模型之中,他们都没有考虑WSN中节点间的休眠唤醒调度机制。由于WSN经常布置在环境恶劣、人们可能难以到达的区域,所以对WSN中的传感器节点进行电池更换是不现实的。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是:为了解决现有技术中存在的以上问题,本专利技术提出了一种基于元胞自动机的SIRC传播模型设计方法。本专利技术的技术方案是:一种基于元胞自动机的SIRC传播模型设计方法,包括以下步骤:A、将无线传感器网络抽象为二维空间,建立无线传感器网络模型;B、对免疫控制节点设定免疫定时器immuneTimer,采用周期性免疫算法控制免疫控制节点进行周期性免疫;C、采用无线信道分配算法,根据传感器节点的通信半径划分传感器节点的无线信道;D、根据传感器节点的休眠与工作状态转化规则和元胞自动机模型中恶意程序传播转化规则,构建基于元胞自动机的SIRC传播模型。进一步地,所述步骤A将无线传感器网络抽象为二维空间,建立无线传感器网络模型,具体为:将无线传感器网络抽象为大小为L×L的二维空间,在所述二维空间中均匀分布N个传感器节点,所有传感器节点均配备有全向天线;再将所述二维空间分为若干个边长为1的单元格,对每一个单元格采用唯一的位置表示为ci,j,其中1≤i≤L,1≤j≤L。进一步地,所述步骤B中对免疫控制节点设定免疫定时器immuneTimer,具体为对免疫控制节点设定免疫周期,采用Rc(nm,t)表示免疫控制节点是否处于免疫阶段,即:进一步地,所述步骤B中采用周期性免疫算法控制免疫控制节点进行周期性免疫具体包括以下分步骤:B1、判断处于时刻t的免疫控制节点是否处于免疫阶段;若是则对无线传感器网络中的邻居节点进行免疫;若否则进入步骤B4;B2、判断步骤B1中免疫控制节点的nodeNum!是否为0;若是则对无线传感器网络中的邻居节点进行免疫;若否则操作结束;B3、免疫控制节点在下一时刻进入非免疫阶段,启动该免疫控制节点的节点非免疫阶段的定时器immuneTimer,并将标识immuneflag置为1,进入步骤B5;B4、判断定时器immuneTimer的标识immuneflag是否为1;若是则免疫控制节点在下一时刻继续处于非免疫阶段;若否则免疫控制节点在下一时刻进入免疫阶段;B5、免疫控制节点在时刻t的免疫结束。进一步地,所述步骤C采用无线信道分配算法,根据传感器节点的通信半径划分传感器节点的无线信道,具体包括以下分步骤:C1、设定无线信道分配矩阵m(t)=zero(L,L),参数T=(r+1)2;C2、设定k=mod(t,r+1),若k=0则k=r+1;C3、设定若l=0则l=r+1;C4、令i=k,j=l;C5、判断i是否大于二维空间的边长L;若是则进入步骤D9;若否则进入步骤D6;C6、判断j是否大于二维空间的边长L;若是则进入步骤D8;若否则进入步骤D7;C7、设定mi,j(t)=1,j=j+r+1,进入步骤D6、C8、设定j=l,i=i+r+1,进行步骤D5;C9、得到无线信道分配矩阵m(t)。进一步地,所述步骤D中传感器节点的休眠与工作状态转化规则具体为采用标识workflag表示传感器节点在工作状态中的状况,当传感器节点进入工作状态时将标识workflag置为1,并且启动定时器workTimer,当定时器超时后将标识workflag置为0;采用标识sleepflag表示传感器节点在睡眠状态中的状况,当节点进入睡眠状态时将标识sleepflag置为1,并启动一个定时器sleepTimer,当定时器超时时将标识sleepflag置为0。进一步地,所述步骤D中元胞自动机模型中恶意程序传播转化规则具体为当时,元胞ci,j中的传感器节点nm状态为易感状态S,且节点处于工作状态,当该节点用光能量后,节点nm会转化为死亡状态的节点;当时,元胞ci,j中的传感器节点nm状态为感染状态I,且节点处于工作状态,当该节点用光能量后,节点nm会转化为死亡状态的节点;当时,元胞ci,j中的传感器节点nm状态为免疫控制状态C,且节点处于工作状态,当该节点用光能量后,节点nm会转化为死亡状态的节点;当时,元胞ci,j中的传感器节点nm状态为免疫状态R,且节点处于工作状态,当该节点用光能量后,节点nm会转化为死亡状态的节点。进一步地,所述步骤D中元胞自动机模型具体表示为:A={Cd,S,V,f}其中,A为元胞自动机系统,Cd为划分的离散空间,d为空间的维数,V为元胞的邻域元胞集合,f为元胞的转换规则。进一步地,所述步骤D中构建基于元胞自动机的SIRC传播模型具体为采用S(t),I(t),R(t),C(t),D(t)分别表示在时刻t处于易感状态S、感染状态I、免疫状态R、免疫控制状态C及死亡状态D的数量,构本文档来自技高网
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基于元胞自动机的SIRC传播模型设计方法

【技术保护点】
一种基于元胞自动机的SIRC传播模型设计方法,其特征在于,包括以下步骤:A、将无线传感器网络抽象为二维空间,建立无线传感器网络模型;B、对免疫控制节点设定免疫定时器immuneTimer,采用周期性免疫算法控制免疫控制节点进行周期性免疫;C、采用无线信道分配算法,根据传感器节点的通信半径划分传感器节点的无线信道;D、根据传感器节点的休眠与工作状态转化规则和元胞自动机模型中恶意程序传播转化规则,构建基于元胞自动机的SIRC传播模型。

【技术特征摘要】
1.一种基于元胞自动机的SIRC传播模型设计方法,其特征在于,包括以下步骤:A、将无线传感器网络抽象为二维空间,建立无线传感器网络模型;B、对免疫控制节点设定免疫定时器immuneTimer,采用周期性免疫算法控制免疫控制节点进行周期性免疫;C、采用无线信道分配算法,根据传感器节点的通信半径划分传感器节点的无线信道;D、根据传感器节点的休眠与工作状态转化规则和元胞自动机模型中恶意程序传播转化规则,构建基于元胞自动机的SIRC传播模型。2.如权利要求1所述的基于元胞自动机的SIRC传播模型设计方法,其特征在于,所述步骤A将无线传感器网络抽象为二维空间,建立无线传感器网络模型,具体为:将无线传感器网络抽象为大小为L×L的二维空间,在所述二维空间中均匀分布N个传感器节点,所有传感器节点均配备有全向天线;再将所述二维空间分为若干个边长为1的单元格,对每一个单元格采用唯一的位置表示为ci,j,其中1≤i≤L,1≤j≤L。3.如权利要求2所述的基于元胞自动机的SIRC传播模型设计方法,其特征在于,所述步骤B中对免疫控制节点设定免疫定时器immuneTimer,具体为对免疫控制节点设定免疫周期,采用Rc(nm,t)表示免疫控制节点是否处于免疫阶段,即:4.如权利要求3所述的基于元胞自动机的SIRC传播模型设计方法,其特征在于,所述步骤B中采用周期性免疫算法控制免疫控制节点进行周期性免疫具体包括以下分步骤:B1、判断处于时刻t的免疫控制节点是否处于免疫阶段;若是则对无线传感器网络中的邻居节点进行免疫;若否则进入步骤B4;B2、判断步骤B1中免疫控制节点的nodeNum!是否为0;若是则对无线传感器网络中的邻居节点进行免疫;若否则操作结束;B3、免疫控制节点在下一时刻进入非免疫阶段,启动该免疫控制节点的节点非免疫阶段的定时器immuneTimer,并将标识immuneflag置为1,进入步骤B5;B4、判断定时器immuneTimer的标识immuneflag是否为1;若是则免疫控制节点在下一时刻继续处于非免疫阶段;若否则免疫控制节点在下一时刻进入免疫阶段;B5、免疫控制节点在时刻t的免疫结束。5.如权利要求4所述的基于元胞自动机的SIRC传播模型设计方法,其特征在于,所述步骤C采用无线信道分配算法,根据传感器节点的通信半径划分传感器节点的无线信道,具体包括以下分步骤:C1、设定无线信道分配矩阵m(t)=zero(L,L),参数T=(r+1)2;C2、设定k=mod(t,r+1),若k=0则k=r+1;C3、设定若l=0则l=r+1;C4、令i=k,j=l;C5、判断i是否大于二维空间的边长L;若是则进入步骤D9;若否则进入步骤D6;C6、判断j是...

【专利技术属性】
技术研发人员:于秦
申请(专利权)人:成都瑞沣信息科技有限公司
类型:发明
国别省市:四川,51

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