【摘要】：近年來,伴隨著微型計算機技術(shù)、電子技術(shù)及現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)等技術(shù)的飛速發(fā)展,無線傳感器網(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,備受各國政府、學術(shù)界與工業(yè)界的矚目,其安全威脅與安全問題也越來越被研究者們所重視。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有節(jié)點資源有限、易受攻擊的特點,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。異常檢測技術(shù)的完善能極大促進傳感器網(wǎng)絡(luò)未來的應(yīng)用與發(fā)展,如何高效、準確地利用數(shù)據(jù)進行異常檢測是當前傳感器網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的熱點問題。本文針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)異常檢測問題開展研究工作,分析了當前傳感器網(wǎng)絡(luò)異常檢測領(lǐng)域內(nèi)的國內(nèi)外研究成果,并對現(xiàn)有檢測技術(shù)進行分類、比較與研究,而后提出了一種基于信息熵與K-means的分級式異常檢測算法,并以此為基礎(chǔ)設(shè)計與實現(xiàn)了傳感器網(wǎng)絡(luò)異常檢測系統(tǒng)。本文的主要工作如下:1.針對傳感器數(shù)據(jù)異常檢測的核心問題,本文提出了一種基于信息熵計算異常概率的單傳感器異常檢測方法。該方法將單個傳感器滑動窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)值作為離散隨機變量計算出信息熵序列,在此基礎(chǔ)上結(jié)合數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)值變化計算出數(shù)據(jù)流的異常概率來檢測單個傳感器的異常。該方法綜合利用了單傳感器數(shù)據(jù)流的時間相關(guān)性及統(tǒng)計概率特征,與只利用數(shù)據(jù)距離的檢測方法相比,該方法可以更加準確地區(qū)分數(shù)據(jù)的正常和異常變化。2.在基于信息熵的檢測方法基礎(chǔ)上,結(jié)合現(xiàn)有的基于K-means的異常檢測方法,本文提出了綜合利用基于信息熵的檢測技術(shù)和K-means聚類檢測技術(shù)的分級式異常檢測算法。該算法先利用異常概率判別法進行先驗檢測,當先驗檢測發(fā)現(xiàn)傳感器可疑異常之后再結(jié)合K-means聚類檢測算法的結(jié)果進一步確認。其中,信息熵既用于傳感器異常概率的計算,也作為重要特征參與K-means聚類檢測。該分級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,達到檢測準確性與效率之間的均衡,并且該算法可以通過分級協(xié)作式異常檢測模型靈活地應(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的分級式異常檢測算法,本文設(shè)計實現(xiàn)了一個傳感器網(wǎng)絡(luò)異常檢測系統(tǒng),對該系統(tǒng)的模塊劃分和模塊內(nèi)部設(shè)計進行了詳細介紹,通過模擬異常數(shù)據(jù)測試了該檢測系統(tǒng)的可用性。
【學位授予單位】：北京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP212.9;TN915.08
【圖文】：

檢櫰域邐傳感器節(jié)點逡逑圖２－１無線傳感器網(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，傳感器的實逡逑物內(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，然后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，之后把輸逡逑出的數(shù)字信號傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理模塊將節(jié)點采集到的數(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)傳輸模塊負責將數(shù)據(jù)發(fā)送給目標節(jié)點，并接收、逡逑轉(zhuǎn)發(fā)其他傳感器節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)。電源模塊為傳感器的各個模塊提供能源供應(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，延長設(shè)備的生命周逡逑期，在設(shè)計傳感器的硬件組成時，需要盡量采用功耗較低的元器件，同時傳感器逡逑應(yīng)該在沒有通信需求的時候自行關(guān)閉部分通信功能；另外

圖２－１無線傳感器網(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，傳感器的實逡逑物內(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，然后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，之后把輸逡逑出的數(shù)字信號傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理模塊將節(jié)點采集到的數(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)傳輸模塊負責將數(shù)據(jù)發(fā)送給目標節(jié)點，并接收、逡逑轉(zhuǎn)發(fā)其他傳感器節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)。電源模塊為傳感器的各個模塊提供能源供應(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，延長設(shè)備的生命周逡逑期，在設(shè)計傳感器的硬件組成時，需要盡量采用功耗較低的元器件，同時傳感器逡逑應(yīng)該在沒有通信需求的時候自行關(guān)閉部分通信功能；另外，在設(shè)計傳感器網(wǎng)絡(luò)的逡逑６逡逑

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本文編號：2713191