随着传感器技术、通信技术以及微处理技术等技术的发展,无线传感器网络改变了人与自然的交互方式,影响着人类的生产生活。状态估计对于理解系统的动态行为和执行一些控制任务具有重要的意义。由于分布式无线传感器网络中的传感器可能是物理暴露的,通信网络是共享的,攻击者以隐蔽等不可预测的方式破坏传感器网络的功能,增加了分布式安全估计算法设计的难度。因此,本文针对无线传感器网络存在的上述问题,研究了攻击建模、检测机制、防御策略和分布式状态估计算法的设计。具体研究内容如下:首先,研究了系统物理层遭受到错误数据注入攻击(False Data Injection attack,FDI attack)、传感器发生衰减测量时,攻击建模、检测机制和分布式状态估计器设计问题。为了检测系统物理层发生的FDI攻击,提出了一个基于FDI攻击观测器的检测机制。在传感器测量值不准确的情况下,进一步设计了最小方差意义下的分布式状态估计器,并分析了设计算法的稳定性。其次,研究了传感器网络信道中发生FDI攻击的分布式一致估计问题。考虑传感器和邻居传感器交互信息的通信信道中容易遭受到FDI攻击,设计了基于残差的检测器去判断接收的信息是否被攻击。结合检测信息,通过多次融合邻居传感器传输过来的信息矩阵和向量设计了分布式一致估计器,并给出了局部估计误差均方一致有界的充分条件。最后,研究了传感器网络信道发生拒绝服务攻击(Denial-of-Service Attack,Do S Attack)、传感器发生丢失测量下的事件触发分布式状态估计问题。为了降低传感器丢失测量带来的影响,每个传感器基于扩展卡尔曼滤波理论设计了带有补偿策略的局部状态估计器。为了降低通信负担,并且保证系统的高斯性能,构造了随机事件触发机制,进一步设计了能够防御Do S攻击的分布式状态估计器,并证明了设计算法的稳定性。
随着信息科技的不断进步以及通信设备的迭代升级,战场通信技术得到了迅速发展。战术移动自组网(Tactical Mobile Ad Hoc Networks,TMANET)主要部署于前沿战线,具备传统无线自组织网络的快速组网、多跳传输和动态拓扑等特点,同时拥有更...
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随着信息科技的不断进步以及通信设备的迭代升级,战场通信技术得到了迅速发展。战术移动自组网(Tactical Mobile Ad Hoc Networks,TMANET)主要部署于前沿战线,具备传统无线自组织网络的快速组网、多跳传输和动态拓扑等特点,同时拥有更高的抗损毁性。战术移动自组网虽方便了通信设备的互联,但在一定程度上存在的安全隐患为实施攻击与管控提供了可能。针对战术移动自组网中存在的安全性问题,目前主流的研究方向围绕在其协议的性能优化上,缺乏对其攻击方向全面地研究。因此,本文主要对战术移动自组网的攻击策略进行深入地探讨与研究。首先,为了研究战术移动自组网被攻击状态下的具体行为,在介绍战术移动自组网系统架构和协议架构的基础上,搭建了基于NS3的战术移动自组网平台,并对战术移动自组网的各层协议进行完整地仿真。不仅实现了对数据单元的封装处理、时隙分配和入网控制等功能,还分析了战术移动自组网的网络性能指标,验证了仿真平台的稳定性。其次,针对战术移动自组网协议的安全性与脆弱性等问题,研究适用于战术移动自组网的攻击方案,增强并验证对敌方战术电台的控制能力。在分析数据链路层、内联网层和传输层协议脆弱性的基础上,提出了战术移动自组网MAC抢占信道攻击、战术移动自组网路由黑洞攻击和战术移动自组网TCP-SYN泛洪攻击三种方案。同时,在基于NS3的战术移动自组网平台中构建了不同的攻击模型。仿真结果表明,三种攻击方案都能有效降低战术移动自组网的网络性能,验证了攻击模型的合理性。最后,为了还原战术移动自组网的拓扑结构,并分析出当前网络拓扑下的关键节点,提出了基于影响因子评估的战术移动自组网关键节点分析算法。该算法由通联关系分析和关键节点评估两个机制构成,在现有研究上考虑了通信流量,并在计算最短路由跳数矩阵时降低了时间复杂度。仿真结果表明,该算法比现有的三种算法具有更好的识别效果,进而提高了战术移动自组网关键节点的识别效率。
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