基于演化博弈模型的无线传感器网络可生存性评估方法技术

本发明专利技术涉及一种基于演化博弈模型的无线传感器网络可生存性评估方法，包括以下步骤：⑴模型选取，包括无线传感器网络模型、攻击模型、流行病模型；⑵建立可生存性模型；⑶通过演化动力学分析对无线传感器网络可生存性进行评估。本发明专利技术通过网络簇头节点的连通性对网络的可生存性产生的影响进行了分析，由节点遭受攻击的问题建立基于攻击的流行病模型，然后建立基于演化博弈的可生存性评估模型，利用复制动态方程研究节点的策略选择动力学过程，寻找节点策略选择的演化稳定策略，在受攻击网络的可生存性评估模型达到演化稳定状态时，将连通性与稳定性等性能指标作为网络可生存性评估机制，并进行了验证。

Survivability evaluation method for wireless sensor networks based on evolutionary game model

The invention relates to a survivability evaluation method for wireless sensor networks based on evolutionary game model, which comprises the following steps: the model selection, including the model of wireless sensor network, attack model and epidemic model; establish the survivability model; the dynamic analysis of the wireless sensor network can be evaluated by survival. The present invention through the analysis of network cluster head nodes on the connectivity of the network survivability of the impact of the epidemic model, attack based on attack by node problem is established, and then establish the survivability evaluation model based on evolutionary game theory, selection dynamics using replicated dynamic equation of node strategy for evolutionary stable strategy the node of strategy choice, in the attack on the network survivability evaluation model to achieve steady state, the connectivity and stability and other performance indicators as the network survivability evaluation mechanism, and verified.

【技术实现步骤摘要】
基于演化博弈模型的无线传感器网络可生存性评估方法
本专利技术属于无线传感器网络领域，涉及数学建模，尤其是一种基于演化博弈模型的无线传感器网络可生存性评估方法。
技术介绍
无线传感器网络以低成本、低功耗、多功能的网络特性，逐渐被认为是一种用于监测物理事件强大的工具。随着攻击技术的进步，恶意攻击的发生总是不可避免；同时，系统组件故障与不可预料的事故也对网络系统的正常运行造成了很大的影响，那么对无线传感器网络的可生存性评估成为研究的重点。目前，有一些文献是对无线传感器网络可生存性研究的，下面分别列举若干与本专利内容相关的文献。沈士根,韩日升,郭丽正,李炜,曹奇英.基于随机博弈与连续时间马尔科夫的受攻击无线传感器网络可生存性评估研究[J].计算机软件应用2012,12:1467-1476.是通过随机博弈给出恶意攻击者采取恶意攻击的期望概率，将聚族无线传感器网络看作一个串并系统，再利用连续时间马尔可夫链对受攻击传感器节点生命期的所有状态建立模型，基于可靠性理论得到受攻击传感器节点平均无故障时间、可靠度、生存期和稳态可用度的计算公式，实现受攻击无线传感器网络的可生存性评估。萨若.帕文等.无线传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于演化博弈模型的无线传感器网络可生存性评估方法，其特征在于：包括以下步骤：⑴模型选取，包括无线传感器网络模型、恶意程序攻击模型、流行病模型；⑵建立可生存性模型；⑶通过演化动力学分析对无线传感器网络可生存性进行评估。

【技术特征摘要】
1.一种基于演化博弈模型的无线传感器网络可生存性评估方法，其特征在于：包括以下步骤：⑴模型选取，包括无线传感器网络模型、恶意程序攻击模型、流行病模型；⑵建立可生存性模型；⑶通过演化动力学分析对无线传感器网络可生存性进行评估。2.根据权利要求1所述的基于演化博弈模型的无线传感器网络可生存性评估方法，其特征在于：在所述步骤⑴的模型选取中，模型中有三种类型节点：基站、簇头节点和终端传感器节点，簇头节点构成的高一级网络，把簇头节点与簇内节点看成一个整体；将在网络中处于不同位置的簇头节点划分成不同等级：主要的簇头节点和次要的簇头节点。3.根据权利要求1所述的基于演化博弈模型的无线传感器网络可生存性评估方法，其特征在于：在所述步骤⑴的模型选取中，攻击模型包括两种影响节点之间传输数据的行为：自私行为：节点由于能量限制，拒绝为其他节点转发、中继等服务的行为；攻击类型：DoS攻击，其目的是使网络无法提供正常服务，最常见的DoS攻击对网络宽带攻击与连通性攻击。4.根据权利要求1所述的基于演化博弈模型的无线传感器网络可生存性评估方法，其特征在于：在所述步骤⑴的模型选取中，流行病模型划分成4个状态，即SIRD模型。5.根据权利要求1所述的基于演化博弈模型的无线传感器网络可生存性评估方法，其特征在于：在所述步骤⑶中，通过演化动力学分析对无线传感器网络可生存性进行评估的计算方法是：下述各字母或符号含义为：m为易被攻击簇头节点的个数，m为正整数，且m＜Nk为易被攻击主要簇头节点的个数，k为正整数，且k＜mb1为易被攻击主要簇头节点中自私节点的个数，b1为正整数0≤b1≤kb2为易被攻击次要簇头节点中自私节点的个数，b2为正整数0≤b2≤m-kc发送自身数据包或对方发送数据包所产生的成本p为对方节点选择合作策略产生的收益l因对方节点不合作而导致的损μI为动态激励值，μ为调节因子具体计算步骤为：设表示t时刻所处的混合策略，其中为选择合作策略s1的节点数比例，为不合作的策略s2的节点数比例，且有以下简记为在t时刻选择合作策略节点的期望收益：在t时刻选择不合作策略节点的期望收益：可以得出整个种群的平均收益为：因此，得出主要簇头节点中自私节点选择策略的演化动力学复制动态方程为：令则复制动态方程式17最多有三个稳定状态，分别为：其中式20表示的稳定状态可能与式18或者式19表示的稳定状态相同，网络的可生存性，即是稳定状态，则必须满足定理1若uI＞0，(m-k-b2)p-b2l-kc+μI＜0，(m-k-b2)p-b2l-kc+2μI＞0，则和均是无线传感器网络主要簇头节点中自私节点选择策略演化博弈的稳定策略，且其中和分别是无线传感器网络中主要簇头节点中自私节点选择合作和不合作策略的概率。证明：对式(17)两边求导，得分别令为0和1，得到F′(0)＝(m-k-b2)p-b2l-kc+μI＜0式22F′(1)＝-μI＜0式23由(m-k-b2)p-b2l-kc+2μI...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冬辉，王艺琳，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12