基于非合作博弈的WSNs入侵检测系统研究与开发

摘要

随着无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSNs）在军事安全、医疗健康、环境监测、抢险救灾等领域应用的不断广泛，WSNs的安全问题显得尤为重要。单凭密码体制并不能抵御所有的攻击，而入侵检测作为信息安全的第二道防线，能够有效地检测出网络中违反安全策略的行为，对WSNs而言是一种必不可少的安全保障技术。由于WSNs自身的特点和有限的资源限制，使得传统网络的入侵检测技术无法直接应用于WSNs，因此设计一种与WSNs特点相适应的入侵检测技术，既有现实的意义和重要的学术价值，又对构建WSNs实际应用系统具有重要的指导意义。

WSNs由于固有特点和有限资源，如计算速度、通信能力、存储空间、电源能量等，很容易受到网络中各种入侵者的攻击威胁。本课题将从WSNs的特点出发设计一种基于非合作博弈的WSNs入侵检测系统，通过分析基于分簇WSNs的入侵检测机制，提出一种重复博弈模型。针对网络攻防双方固有的博弈性质，检测网络中的节点的入侵行为，从而做出准确的决策来响应入侵，提高WSNs的安全性。

本文通过利用Matlab仿真软件来模拟实现的方式验证本文提出的方法。实验结果表明，本文设计的基于非合作博弈的WSNs入侵检测系统可以得到很高的检测效率，同时误警率和漏警率也降低了。

关键词　博弈论；WSNs；入侵检测；纳什均衡；节点

                            目   录

第1章 绪论 3

1.1 研究背景及意义 3

1.2 国内外研究现状 4

1.3 课题研究内容 6

1.4 课题组织结构 6

第2章 WSNs相关安全技术基础 7

2.1 WSNs安全需求 7

2.1.1 WSNs网络特点 7

2.1.2 WSNs网络攻击 8

2.2 WSNs安全技术 9

2.2.1 密钥管理 9

2.2.2 安全路由 10

2.2.3 数据融合 10

2.3 入侵检测技术 10

2.3.1 异常检测 10

2.3.2 误用检测 11

2.4 入侵检测体系结构 11

2.4.1 基于主机的入侵检测系统 11

2.4.2 基于网络的入侵检测系统 12

2.5 入侵检测基本原理 12

2.6 本章小结 13

第3章 WSNs入侵检测系统入侵检测模块设计 14

3.1入侵检测通用框架 14

3.1.1 信息收集模块 14

3.1.2 信息分析模块 14

3.1.3 报警与响应模块 15

3.2 入侵检测模型 15

3.2.1 传感器节点与簇头节点的距离计算 16

3.2.2 正常节点能量损耗 17

3.2.3 恶意节点能量损耗 18

3.2.4 恶意节点判断标准 18

3.3 本章小结 19

第4章 WSNs入侵检测系统博弈模型设计 20

4.1 博弈论 20

4.1.1 博弈论定义 20

4.1.2 重复博弈简述 21

4.2 博弈模型 22

4.2.1 博弈模型框架 22

4.2.2 博弈模型设计 23

4.2.3 博弈树模型设计 24

4.3 攻防双方的重复博弈过程 26

4.4 本章小结 26

第5章 实验仿真及结果验证 27

5.1 实验环境 27

5.1.1仿真环境 27

5.1.2程序语言 27

5.2 实验结果 28

5.3 本章小结 30

第6章 总结 31

6.1 总结 31

6.2 后期工作 31

致  谢 33

参考文献 34