基于完全信息静态博弈的无线传感器网络保密容量优化研究

摘要

随着无线传感器网络的广泛应用，其安全问题受到越来越多的关注和研究。通信安全是无线传感器网络安全的一个研究重点，近年来，许多学者开始关注如何在物理层确保数据的安全传输。
　　信息论中的保密容量，是指在通信中存在窃听方，并且窃听方已经拥有数据发送方的编码方案和数据接收方的解码方案，窃听者在通过窃听信道收到发送方的消息后却不能获得任何信息时通信主信道最大的信息传输速率。在无线传感器网络进行通信时，如果存在窃听方，根据信息论中关于保密容量的相关理论，信道能够在物理层获得一定的数据保密传输速率，即保密容量，并且信道的保密容量与传感器节点的发射功率成正相关。然而，由于传感器节点自身的限制，通常其能量都是有限的，需要高效地利用。无线传感器网络中，提高节点的发射功率虽然会提高信道的保密容量容量，但也会对网络中其他信道产生干扰，并且高发射功率也会降低节点的工作时间。本文从博弈论的角度出发，对该问题建立了博弈模型，并证明了博弈模型中存在纳什均衡。本文的主要研究内容如下:
　　(1)根据无线传感器网络的特点，给出一种带有窃听者的无线传感器网络模型，结合信息论中关于保密容量的相关理论，给出此模型的保密容量表达式。
　　(2)针对无线传感器网络中信道保密容量和传感器节点能量之间的关系，运用完全信息静态博弈构建了博弈模型，证明了该博弈模型中存在纳什均衡，并求解了纳什均衡存在时需要满足的限制条件。
　　(3)对博弈模型进行了仿真实验，根据求解的限制条件设置了相关参数，分析了影响收益的因素，以及这些因素如何影响博弈的纳什均衡。
　　博弈理论在无线传感器网络安全领域越来越受到重视。本文基于完全信息静态博弈对无线传感器网络中的保密容量进行了优化，取得了比较好的效果。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文研究内容

第二章 理论基础

2．1 信息论中相关理论

2．1．1 单符号离散信源的数学模型

2．1．2 单符号离散信源的信息熵

2．1．3 单符号离散信道

2．1．4 单符号离散信道的信道容量

2．2 博弈论中相关理论

2．2．1 博弈论的基本概念

2．2．2 完全信息静态博弈

2．2．3 纳什均衡

2．3 本章小结

第三章 一种无线传感器网络模型及其信道的保密容量

3．1 WSNs简介

3．2 一种WSN模型及其工作原理

3．3 无线传感器网络中信道的信源及其信息熵

3．4 无线传感器网络中信道的信道容量

3．5 无线传感器网络系统模型中信道的保密容量

3．6 本章小结

第四章 无线传感器网络模型中保密容量优化博弈

4．1 无线传感器网络模型中保密容量优化博弈模型

4．2 博弈模型存在纳什均衡时的限制条件

4．3 本章小结

第五章 仿真分析

5．1 仿真实验

5．1．1 单个干扰节点

5．1．2 多个干扰节点

5．2 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢