一种新的容忍恶意节点攻击的无线传感器网络安全定位方法_叶苗.pdf

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1、第３６卷第３期计算机学报Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．３２０１３年３月ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＯＭＰＵＴＥＲＳＭａｒ．２０１３一种新的容忍恶意节点攻击的无线传感器网络安全定位方法叶苗王宇平（西安电子科技大学计算机学院西安７１００７１）摘要无线传感器节点位置定位正确与否对整个网络传感器起着至关重要的作用．当无线传感器网络暴露在恶意危险环境中时，攻击者会攻击节点定位的过程，使其定位到错误位置，从而导致整个网络应用完全失效．基于最大似然估计的传感器定位概率模型是一种常用的定位模型，但是它有两个缺点：（１）为了降低计算复杂性，通常将ＲＳＳ（接收信号强度）信号标准

2、差看成常数，影响定位精度；（２）安全性差，在有恶意节点攻击时模型常常会定位失效．文中首先通过拟合测试数据归纳出了ＲＳＳ信号标准差随距离变化的函数关系，克服了第一个缺点．针对第二个问题，在分析其受攻击时定位失败的具体原因后，对节点定位的概率计算公式进行了改进，设计了一种新的基于变方差特征的传感器节点定位概率模型．该模型属于高度非线性全局优化问题．针对其难以求解的特点，文中设计了一个新的有效的进化算法，并证明了该算法的全局收敛性．最后通过对公开数据集的测试和实际实验，验证了该模型和求解算法能在保证定位精度的前提下，完成节点的安全定位．关键词无线传感器网络；

3、变方差；过滤；投票法；进化算法；物联网中图法分类号ＴＰ３９３ＤＯＩ号１０．３７２４／ＳＰ．Ｊ．１０１６．２０１３．００５３２ＡＮｅｗＭａｌｉｃｉｏｕｓＮｏｄｅｓＡｔｔａｃｋ－ＲｅｓｉｓｔａｎｔＳｅｃｕｒｉｔｙＬｏｃａｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｉｎＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋＹＥＭｉａｏＷＡＮＧＹｕ－Ｐｉｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＸｉｄｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ′ａｎ７１００７１）ＡｂｓｔｒａｃｔＩｔｉｓｃｒｕｃｉａｌｔｈａｔｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｏｄｅｓｓｈｏｕｌｄｂｅｐｒｏｐ

4、ｅｒｌｙｌｏｃａｔｅｄｔｏｆａｃｉｌｉｔａｔｅｔｈｅｏｐｅｒ－ａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｎｅｔｗｏｒｋ．Ｗｈｅｎｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｉｓｅｘｐｏｓｅｄｉｎｍａｌｉｃｉｏｕｓａｎｄｄａｎｇｅｒｏｕｓｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ａｔｔａｃｋｅｒｓｍａｙａｔｔａｃｋｔｈｅｎｏｄｅｓｉｎｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｃａｕｓｅｉｎｃｏｒｒｅｃｔｌｏｃａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗｈｉｃｈｍａｙｌｅａｄｔｏｔｈｅｃｏｍｐｌｅｔｅｂｒｅａｋｄｏｗｎｏｆｔｈｅｅｎｔｉｒｅｎｅｔｗｏｒｋ．Ｔｈｅｓｅｎｓｏｒｌｏｃａｔｉｏｎｐｒｏｂａｂｉｌ

5、ｉｔｙｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎｍａｘｉｍｕｍｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｃｏｍｍｏｎｌｙ－ｕｓｅｄｌｏｃａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｉｔｈａｓｔｗｏｆｌａｗｓ．Ｆｉｒｓｔ，ｉｔｕｓｕａｌｌｙｔｒｅａｔｓｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｄｅｖｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｅｃｅｉｖｅｄｓｉｇｎａｌｓｔｒｅｎｇｔｈ（ＲＳＳ）ａｓｃｏｎｓｔａｎｔｔｏｌｏｗｅｒｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ，ｗｈｉｃｈａｆｆｅｃｔｓｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｌｏｃａｔｉｏｎ．Ｓｅｃｏｎｄ，ｉｔｉｓｎｏｔｓｅｃｕｒｅｅｎｏｕｇｈ．Ｕ

6、ｎｄｅｒｍａｌｉｃｉｏｕｓｎｏｄｅａｔｔａｃｋ，ｔｈｉｓｍｏｄｅｌｕｓｕａｌｌｙｃａｎｎｏｔｆｕｌｆｉｌｌｉｔｓｌｏｃａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎ．ＴｈｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｓｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｒｅｌａｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎＲＳＳｓｔａｎｄａｒｄｄｅｖｉａｔｉｏｎａｎｄｄｉｓｔａｎｃｅｔｈｒｏｕｇｈｆｉｔｔｉｎｇｔｅｓｔｄａｔａａｎｄｔｈｕｓｆｉｘｅｓｔｈｅｆｉｒｓｔｐｒｏｂｌｅｍ．Ｔｏｔａｃｋｌｅｔｈｅｓｅｃｏｎｄｐｒｏｂｌｅｍ，ｔｈｉｓｒｅｓｅａｒｃｈａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｒｅａｓｏｎｓｂｅｈｉｎｄｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｏｆ

7、ｌｏｃａｔｉｏｎｕｎｄｅｒａｔｔａｃｋａｎｄｔｈｕｓｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｆｏｒｍｕｌａｏｆｎｏｄｅｌｏｃａｔｉｏｎ，ａｎｄｄｅｓｉｇｎｓａｎｅｗｓｅｎｓｏｒｎｏｄｅｌｏｃａｔｉｏｎｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｖａｒｉａｎｔｖａｒｉａｎｃｅ．Ａｓｔｈｉｓｎｅｗｍｏｄｅｌｉｓａｈｉｇｈｌｙｎｏｎｌｉｎｅａｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｇｌｏｂａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｗｏｒｋｏｕｔ，ｔｈｉｓ收稿日期：２０１１－１２－０５；最终

8、修改稿收到日期：２０１２－０９－１９．本课题得到国家自然科学基金（６１２７２１１９，６１２０３