【摘要】：近年來(lái),伴隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)及現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線通信技術(shù)等技術(shù)的飛速發(fā)展,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)孕育而生,其已逐漸成為人類從物理世界獲取數(shù)據(jù)信息的重要渠道,備受各國(guó)政府、學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的矚目,其安全威脅與安全問(wèn)題也越來(lái)越被研究者們所重視。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有節(jié)點(diǎn)資源有限、易受攻擊的特點(diǎn),已應(yīng)用的密碼、安全路由等技術(shù)雖提高了傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全性,但仍缺乏有效方法檢測(cè)出傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)異常,故難以保障傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的可靠性。異常檢測(cè)技術(shù)的完善能極大促進(jìn)傳感器網(wǎng)絡(luò)未來(lái)的應(yīng)用與發(fā)展,如何高效、準(zhǔn)確地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行異常檢測(cè)是當(dāng)前傳感器網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。本文針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)異常檢測(cè)問(wèn)題開(kāi)展研究工作,分析了當(dāng)前傳感器網(wǎng)絡(luò)異常檢測(cè)領(lǐng)域內(nèi)的國(guó)內(nèi)外研究成果,并對(duì)現(xiàn)有檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行分類、比較與研究,而后提出了一種基于信息熵與K-means的分級(jí)式異常檢測(cè)算法,并以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了傳感器網(wǎng)絡(luò)異常檢測(cè)系統(tǒng)。本文的主要工作如下:1.針對(duì)傳感器數(shù)據(jù)異常檢測(cè)的核心問(wèn)題,本文提出了一種基于信息熵計(jì)算異常概率的單傳感器異常檢測(cè)方法。該方法將單個(gè)傳感器滑動(dòng)窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)值作為離散隨機(jī)變量計(jì)算出信息熵序列,在此基礎(chǔ)上結(jié)合數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)值變化計(jì)算出數(shù)據(jù)流的異常概率來(lái)檢測(cè)單個(gè)傳感器的異常。該方法綜合利用了單傳感器數(shù)據(jù)流的時(shí)間相關(guān)性及統(tǒng)計(jì)概率特征,與只利用數(shù)據(jù)距離的檢測(cè)方法相比,該方法可以更加準(zhǔn)確地區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)的正常和異常變化。2.在基于信息熵的檢測(cè)方法基礎(chǔ)上,結(jié)合現(xiàn)有的基于K-means的異常檢測(cè)方法,本文提出了綜合利用基于信息熵的檢測(cè)技術(shù)和K-means聚類檢測(cè)技術(shù)的分級(jí)式異常檢測(cè)算法。該算法先利用異常概率判別法進(jìn)行先驗(yàn)檢測(cè),當(dāng)先驗(yàn)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)傳感器可疑異常之后再結(jié)合K-means聚類檢測(cè)算法的結(jié)果進(jìn)一步確認(rèn)。其中,信息熵既用于傳感器異常概率的計(jì)算,也作為重要特征參與K-means聚類檢測(cè)。該分級(jí)式算法能夠更合理地利用設(shè)備資源,充分發(fā)揮設(shè)備的性能優(yōu)勢(shì),達(dá)到檢測(cè)準(zhǔn)確性與效率之間的均衡,并且該算法可以通過(guò)分級(jí)協(xié)作式異常檢測(cè)模型靈活地應(yīng)用到傳感器網(wǎng)絡(luò)中。3.根據(jù)提出的基于信息熵與K-means的分級(jí)式異常檢測(cè)算法,本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)異常檢測(cè)系統(tǒng),對(duì)該系統(tǒng)的模塊劃分和模塊內(nèi)部設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)介紹,通過(guò)模擬異常數(shù)據(jù)測(cè)試了該檢測(cè)系統(tǒng)的可用性。
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP212.9;TN915.08
【圖文】：

檢櫰域邐傳感器節(jié)點(diǎn)逡逑圖２－１無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信體系模型圖逡逑傳感器網(wǎng)絡(luò)中的基本組成單元是分布在網(wǎng)絡(luò)各處的傳感器節(jié)點(diǎn)，傳感器的實(shí)逡逑物內(nèi)部組成如圖２－２所示。逡逑煖＇逡逑圖２－２傳感器內(nèi)部圖逡逑傳感器的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)如圖２－３所示。傳感器由四個(gè)主要部分組成：信息采逡逑集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊與電源模塊。信息采集模塊由感應(yīng)元件和逡逑模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ＡＤ／ＤＣ）兩個(gè)子單元構(gòu)成，感應(yīng)元件感應(yīng)周邊環(huán)境并采集環(huán)境中的逡逑模擬信號(hào)，然后通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，之后把輸逡逑出的數(shù)字信號(hào)傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理模塊將節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)按照程序逡逑執(zhí)行的結(jié)果分派到網(wǎng)絡(luò)中。數(shù)據(jù)傳輸模塊負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)發(fā)送給目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，并接收、逡逑轉(zhuǎn)發(fā)其他傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)。電源模塊為傳感器的各個(gè)模塊提供能源供應(yīng)，逡逑通常采用電池作為設(shè)備電源。為了盡可能地節(jié)約設(shè)備的電源，延長(zhǎng)設(shè)備的生命周逡逑期，在設(shè)計(jì)傳感器的硬件組成時(shí)，需要盡量采用功耗較低的元器件，同時(shí)傳感器逡逑應(yīng)該在沒(méi)有通信需求的時(shí)候自行關(guān)閉部分通信功能；另外

圖２－１無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信體系模型圖逡逑傳感器網(wǎng)絡(luò)中的基本組成單元是分布在網(wǎng)絡(luò)各處的傳感器節(jié)點(diǎn)，傳感器的實(shí)逡逑物內(nèi)部組成如圖２－２所示。逡逑煖＇逡逑圖２－２傳感器內(nèi)部圖逡逑傳感器的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)如圖２－３所示。傳感器由四個(gè)主要部分組成：信息采逡逑集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊與電源模塊。信息采集模塊由感應(yīng)元件和逡逑模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ＡＤ／ＤＣ）兩個(gè)子單元構(gòu)成，感應(yīng)元件感應(yīng)周邊環(huán)境并采集環(huán)境中的逡逑模擬信號(hào)，然后通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，之后把輸逡逑出的數(shù)字信號(hào)傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理模塊將節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)按照程序逡逑執(zhí)行的結(jié)果分派到網(wǎng)絡(luò)中。數(shù)據(jù)傳輸模塊負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)發(fā)送給目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，并接收、逡逑轉(zhuǎn)發(fā)其他傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)。電源模塊為傳感器的各個(gè)模塊提供能源供應(yīng)，逡逑通常采用電池作為設(shè)備電源。為了盡可能地節(jié)約設(shè)備的電源，延長(zhǎng)設(shè)備的生命周逡逑期，在設(shè)計(jì)傳感器的硬件組成時(shí)，需要盡量采用功耗較低的元器件，同時(shí)傳感器逡逑應(yīng)該在沒(méi)有通信需求的時(shí)候自行關(guān)閉部分通信功能；另外，在設(shè)計(jì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的逡逑６逡逑

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