在拜占庭攻击下无线传感网络中目标检测的研究

摘要

无线传感网络是由大量功率受限的传感器节点组成，这些节点密集部署在空间中以监测物理现象。当传感网络中的传感器节点感知到有目标进入感兴趣区域内时，所有的节点将自己的本地决策发送到融合中心，在融合中心处形成一个全局决策。由于传感网络具有部署方便且自组织快速的优点，它在目标检测方面有着广泛地应用。正是因为无线传感网络日益凸显出来的重要作用，急迫需要安全的目标检测以应对复杂的网络威胁。拜占庭攻击是最常见的一种威胁，它是指经过网络授权中的部分传感节点被敌方捕获，并在重新编程后背叛了原来的网络。已经背叛了网络的传感节点总是向融合中心发送虚假的信息，使得融合中心不能轻易地做出正确的决策。
　　本文研究了拜占庭攻击下的目标检测问题，并且考虑一个无线传感网络中同时包含可信和拜占庭传感器。第一，本文站在拜占庭攻击者的角度分析并研究了独立攻击策略和联合攻击策略。综合这两种攻击策略的优缺点，本文提出了一种新的攻击效果更好的拜占庭攻击策略，并命名为邻域攻击策略。第二，致盲攻击力度是指使得融合中心失去检测目标能力时的最小拜占庭攻击力度，是攻击策略攻击效果的重要性能指标。本文通过KL散度推导出这三种攻击策略的拜占庭攻击力度的闭环表达式并得到它们的最佳攻击策略的条件。经过证明发现邻域攻击策略的攻击效果逼近联合攻击策略，并且总是优于独立攻击策略，并通过数值仿真实验验证我们的结论。将拜占庭识别出来是抑制拜占庭攻击效果的有效手段之一。第三，本文从研究最简单的投票法出发，为投票法找到合理的全局阈值，经过分析发现新的投票法在没有拜占庭攻击时表现地非常好，然而在有拜占庭攻击的情况下，新的投票法失去作用。在分析到投票决策融合准则无法抑制拜占庭攻击效果的缺点后，本文提出两种差异度量，用来识别拜占庭传感器。我们证明了拜占庭识别方法效果良好，并基于该拜占庭识别方法提出了新的决策融合准则，该融合准则可以在融合中心致盲前有效地检测目标。

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第一章 绪论

1.1无线传感网络相关概述

1.2研究背景与意义

1.3论文创新点

1.4研究内容及论文结构安排

第二章 拜占庭攻击下的系统模型

2.1符号说明

2.2无线传感网络中目标检测基本理论

2.3拜占庭攻击问题

2.4基于信号感知的检测模型

2.5邻域拜占庭攻击模型

2.6性能指标

2.7本章小结

第三章 拜占庭攻击策略

3.1符号说明

3.2引言

3.3攻击策略性能表征

3.4攻击策略

3.5本章小结

第四章 拜占庭攻击下的目标检测方法

4.1符号说明

4.2概述

4.3常见的决策融合方法

4.4投票决策融合准则

4.5基于拜占庭识别的决策融合准则

4.6本章小节

第五章 总结与展望

5.1论文总结

5.2前景与展望

致谢

参考文献

在学期间取得与学位论文相关的研究成果