一種適用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基于最小二乘法的干擾識(shí)別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域，主要是針對(duì)資源受限無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的 安全性需求，設(shè)計(jì)了適用于干擾攻擊的檢測(cè)方法，并使之盡可能的簡(jiǎn)潔有效，降低資源消 耗。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳感器網(wǎng)絡(luò)由于其無(wú)線媒質(zhì)的開(kāi)放性，其通信極易受到各種客觀或主觀的干擾， 對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能造成影響。干擾攻擊可以分為環(huán)境干擾和惡意干擾兩種情況，干擾源發(fā)出與目 標(biāo)網(wǎng)絡(luò)恰好在同一頻段的信號(hào)，覆蓋原有的信號(hào)，妨礙網(wǎng)絡(luò)的正常通信。本發(fā)明主要基于 WIA-PA傳感器網(wǎng)絡(luò)，其工作在2. 4GHz頻段，包括16個(gè)信道，使用此頻段的無(wú)線射頻系統(tǒng)還 包括Wi-Fi、藍(lán)牙、ZigBee、WirelessHART和ISA100. 11a等。WIA-PA引入三種跳頻機(jī)制，即 自適應(yīng)頻率切換（AdaptiveFrequencySwitch,AFS)、自適應(yīng)跳頻（AdaptiveFrequency Hopping,AFH)和時(shí)隙跳頻（TimeslotHopping,TH)，能夠降低一些干擾對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)帶來(lái) 的不良影響。但是，工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)要求高可靠性，且使用Wi-Fi、藍(lán)牙的設(shè)備越來(lái)越 多，防御干擾的機(jī)制還需進(jìn)一步完善。
[0003] 惡意干擾攻擊與環(huán)境干擾的動(dòng)機(jī)不同，往往是攻擊者利用使用Wi-Fi、藍(lán)牙或者使 用與通信節(jié)點(diǎn)相同的設(shè)備主動(dòng)向目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)發(fā)起干擾信號(hào)，影響網(wǎng)絡(luò)性能。雖然WIA-PA使用 了自適應(yīng)跳頻等機(jī)制防御干擾，但是主動(dòng)攻擊者如果掌握了跳頻的順序仍然可以發(fā)起干擾 攻擊，影響WIA-PA網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸，因此適用于此傳感器網(wǎng)絡(luò)的檢測(cè)機(jī)制非常必要。
[0004] 在WenyuanXu的論文TheFeasibilityofLaunchingandDetectingJamming AttacksinWirelessNetworks中提到了針對(duì)干擾的檢測(cè)方法，利用信號(hào)強(qiáng)度一致性檢測(cè) 方法，但是并沒(méi)有提及具體的實(shí)現(xiàn)方式。
[0005] 在孫言強(qiáng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的干擾攻擊一文中，同樣提到了利用信號(hào)強(qiáng)度一致性檢測(cè) 方案來(lái)檢測(cè)干擾攻擊的方法，但同樣沒(méi)有提及具體的實(shí)現(xiàn)方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為資源受限的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)一種低開(kāi)銷(xiāo)的干擾攻擊 檢測(cè)方案。通過(guò)信號(hào)強(qiáng)度一致性檢測(cè)方法，對(duì)干擾攻擊進(jìn)行檢測(cè)。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，提出如下技術(shù)方案：
[0008] 一種適用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基于最小二乘法的干擾攻擊識(shí)別方法，該方法使用 正常數(shù)據(jù)收集模塊、正常數(shù)據(jù)分析模塊以及用于判定攻擊的模塊，所述干擾攻擊識(shí)別方法 包括以下步驟：
[0009] 步驟1 :所述正常數(shù)據(jù)收集模塊收集正常通信情況下的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；所 述節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)為RSSI與TOR的值，其中RSSI值為信號(hào)強(qiáng)度指示，S卩，正常節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)包 時(shí)的發(fā)送節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度；PDR值為數(shù)據(jù)包到達(dá)率，S卩，正常節(jié)點(diǎn)接收到的數(shù)據(jù)包與發(fā)送節(jié) 點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包的比值；
[0010] 步驟2 :所述正常數(shù)據(jù)分析模塊處理上述步驟1的正常數(shù)據(jù)收集模塊收集到的數(shù) 據(jù)，通過(guò)曲線擬合方法進(jìn)行擬合，得到擬合函數(shù)為sigmoid函數(shù)
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種適用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基于最小二乘法的干擾攻擊識(shí)別方法，該方法使用正 常數(shù)據(jù)收集模塊、正常數(shù)據(jù)分析模塊以及用于判定攻擊的模塊，其特征在于，所述干擾攻擊 識(shí)別方法包括以下步驟： 步驟1 :所述正常數(shù)據(jù)收集模塊收集正常通信情況下的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；所述節(jié) 點(diǎn)數(shù)據(jù)為RSSI與TOR的值，其中RSSI值為信號(hào)強(qiáng)度指示，即，正常節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)包時(shí)的 發(fā)送節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度；PDR值為數(shù)據(jù)包到達(dá)率，即，正常節(jié)點(diǎn)接收到的數(shù)據(jù)包與發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā) 送的數(shù)據(jù)包的比值； 步驟2 :所述正常數(shù)據(jù)分析模塊處理上述步驟1的正常數(shù)據(jù)收集模塊收集到的數(shù)據(jù)，通 過(guò)曲線擬合方法進(jìn)行擬合，得到擬合函數(shù)為sigmoid函數(shù)/(X) = _然后根據(jù)后續(xù)收 到的數(shù)據(jù)利用最小二乘法對(duì)擬合的曲線進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，即調(diào)整a，b的值； 所述對(duì)擬合曲線進(jìn)行修正的方法為：將％代入上述擬合函數(shù)得/(xS) = T^TF求 出令（f (X? ) -y? )2或I f (X測(cè)）-y? I值最小時(shí)的a，b值，其中，x_，y_為實(shí)際的測(cè)試值； 為了確定不同節(jié)點(diǎn)的參數(shù)值a，b，通過(guò)以下步驟來(lái)修正a，b的值，其中δ和Θ為設(shè)定 的誤差閾值，且假設(shè)在修正過(guò)程中沒(méi)有干擾，調(diào)整過(guò)程包括： 將測(cè)得的％值代入上述擬合函數(shù)，若f (? )彡y?，則保持a，b值不變； 若f (Xij ) >yij，并且f (Xij ) Iij彡I δ I，則保持a，b值不變； 若f (Xij ) >yij，并且I δ I〈f (Xij ) 1測(cè)彡I θ I，則修改a，b的值； 若f (X測(cè)）>又測(cè)，并且f (X測(cè)）1測(cè)> I θ I，則放棄此次測(cè)試數(shù)據(jù)； 步驟3 :根據(jù)上述步驟2中得到的sigmoid函數(shù)來(lái)對(duì)后續(xù)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，設(shè)定判 斷過(guò)程中的誤差閾值為ω，判斷過(guò)程包括： 將測(cè)得的Xsw代入上文中修正后確定的sigmoid函數(shù)，若f (χ_ )彡y_，則此時(shí)網(wǎng)絡(luò)處 于正常狀態(tài)； 若f (x?j) >y?j，并且f (Xsw) 彡I ω I，則此時(shí)網(wǎng)絡(luò)處于正常狀態(tài)； 若f (χ;? )>y^?，并且f (χ;? )>I ω I，則此時(shí)網(wǎng)絡(luò)存在干擾。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種適用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基于最小二乘法的干擾攻擊識(shí)別方法。傳感器網(wǎng)絡(luò)由于其無(wú)線媒質(zhì)的開(kāi)放性，其通信極易受到各種客觀或主觀的干擾，對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能造成影響。網(wǎng)絡(luò)通常會(huì)根據(jù)信道情況采取跳頻等措施避免干擾的危害。但是信道質(zhì)量不好并不一定是干擾造成的，也可能是節(jié)點(diǎn)自身的原因。因此，節(jié)點(diǎn)如能自識(shí)別出干擾和非干擾將有助于節(jié)點(diǎn)做出正確的處理選擇，避免不必要的能量消耗。本發(fā)明基于最小二乘法，利用sigmoid函數(shù)的特性對(duì)干擾攻擊進(jìn)行檢測(cè)，提高了檢測(cè)率，并降低了功耗。
【IPC分類(lèi)】H04L29-06, H04W12-12
【公開(kāi)號(hào)】CN104660598
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510073199
【發(fā)明人】齊悅, 黎宇飛, 萬(wàn)亞?wèn)|, 王沁
【申請(qǐng)人】北京科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年2月11日