无线传感器网络中基于行为特征的异常检测研究

摘要

无线传感器网络在很多实际应用中有较高的安全要求，由于无线传感器节点本身硬件能力的一些限制，导致无线传感器网络面临比传统网络更加严峻的安全形势。因此，安全问题成为无线传感器网络研究的一个重要方面。异常检测技术作为一种主动的安全防御技术在无线传感器网络应用中已有较多研究成果，但也存在一些问题，比如建模复杂，计算强度大，存在单点风险等。本文从传感器节点的行为特征角度，研究无线传感器网络中的异常检测技术，主要工作包括以下几个方面：
　　 一、综述无线传感器网络的研究现状，包括体系结构、特征及应用领域；在此基础上，分析无线传感器网络的安全需求，总结了现有的安全技术，重点归纳和比较了现有的异常检测技术。
　　 二、目前已提出的基于定位的异常检测方法大多依赖于可用的已知部署信息或额外的硬件，而且，很多方法通过基站进行集中式检测，存在通信量大、单点易失效等问题。针对这些问题，本文提出一种分布式节点定位异常检测方法。在WSN分簇结构基础上，利用聚类拓扑减少通信量，同时降低以往集中式检测存在的单点风险，它不需任何已知部署知识，每个簇的簇头节点只需根据该簇节点报告的位置和邻居表信息进行过滤计算，更新权值，即可确定和撤消定位异常的节点。通过理论分析和仿真模拟，验证了这种分布式的节点定位异常检测方法的正确性和有效性。
　　 三、利用节点的历史传输统计数据，提出一种基于数据传输质量的异常检测方法。该方法定义一个数据传输质量函数，这个函数通过历史统计数据来量化衡量一个节点的通信质量，它的特点是对于正常节点保持常数，而对于可疑节点将会不断地减少。本方法实现简单，仅需根据DTQ函数值的变化通过一个投票程序来确定异常。仿真实验结果表明，这种量化的检测方法针对轻度的网络异常具有较高的检测率。

目录

文摘

英文文摘

插图索引

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 研究现状

1.3 研究内容

1.4 论文的组织结构

第2章 无线传感器网络概述

2.1 无线传感器网络体系结构

2.2 无线传感器网络的特征

2.3 无线传感器网络的应用

2.4 无线传感器网络的安全需求

2.5 无线传感器网络中的安全技术

2.5.1 加密算法

2.5.2 密钥管理技术

2.5.3 安全协议

2.5.4 入侵检测技术

2.5.5 安全数据融合

2.5.6 访问控制与权限管理

2.6 本章小结

第3章 异常检测技术分析

3.1 异常检测主要思想

3.2 典型的异常检测技术

3.2.1 基于统计方法

3.2.2 基于机器学习

3.2.3 基于数据挖掘

3.2.4 基于神经网络

3.2.5 基于遗传算法

3.3 WSN中的异常检测

3.3.1 统计异常检测技术

3.3.2 无参数异常检测技术

3.3.3 各种技术的比较

3.4 本章小结

第4章 基于定位的异常检测方法

4.1 WSN定位相关知识

4.1.1 定位基本概念与计算方法

4.1.2 定位算法分类

4.2 定位异常检测的重要性

4.3 一种基于分簇的定位异常检测算法

4.3.1 网络模型与假设

4.3.2 检测原理

4.3.3 基于矩阵过滤的权重信任算法

4.4 仿真过程及数据分析

4.4.1 网络密度的影响

4.4.2 异常程度的影响

4.5 本章小结

第5章 基于数据传输质量的异常检测方法

5.1 数据传输质量(DTQ)的定义

5.2 基于DTQ的异常检测机制

5.2.1 网络模型

5.2.2 检测原理

5.3 仿真及结果分析

5.3.1 不同攻击下的检测率

5.3.2 参数设置的影响

5.3.3 异常程度的影响

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B 攻读学位期间参加的科研项目