传感云中基于博弈论的可信网络容量优化研究

Sensor cloud is a new technology to improve the efficiency of the network management and resource sharing and has been widely used in the delivery and sharing for sensor data. However, the existence of malicious attacks causes low network capacity and poses a challenge for reliable delivery and sharing for sensor data in sensor cloud. The following several key problems will be investigated:(1)the analysis of the virtual resource state changes to study virtual network attack-defense algorithm based on evolutionary game in order to solve dependable virtual capacity optimization problem in sensor cloud.(2)the analysis of the mapping behavior and pattern between physical sensor networks and virtual sensor networks to study cross-layer attack-defense algorithm based on hidden semi-Markov chain and game theory in order to solve mapping capacity optimization problem in sensor cloud.(3)the analysis of the characteristics of transmission capacity between edge sensor nodes and cluster head nodes and the effect of the power and interference noise on the secrecy capacity of network nodes to study eavesdropping attack-defense algorithm based on cloud-collaboration and evolutionary game by considering a selection mechanism of the central nodes and a control model of joint interference power and noise in order to solve secrecy capacity optimization problem in sensor cloud. Our research results will provide a new theory and method to maximize network capacity, guarantee the quality of service, and enhance the safety and reliability of applications in sensor cloud.

传感云作为一种提高网络管理和资源共享效率的新技术，已经广泛用于传感数据分发和共享中，但由于攻击的存在直接导致传感云网络容量下降，使得在传感云的可信网络中进行数据分发和共享极具挑战性。项目组拟围绕传感云可信网络容量优化的关键问题展开研究：（1）分析虚拟资源的状态变化，研究基于演化博弈的虚拟网络攻击防御算法，解决可信的虚拟容量优化问题。（2）分析传感云中物理传感网络与虚拟传感服务网络映射行为及方式，研究基于博弈论、隐式半马尔科夫链的跨层攻击防御算法，解决跨层映射容量优化问题。（3）分析簇边缘传感节点与簇头节点传输容量特性及功率和干扰噪声对网络节点保密容量的影响，研究基于演化博弈的中心节点选择机制及其联合干扰功率和噪声的控制模型，提出基于云协同和演化博弈的窃听攻击防御算法，解决传感云网络保密容量优化问题。研究成果为提高传感云的网络容量，保证服务质量，增强应用的安全性、可靠性提供一种新理论与方法。

本项目聚焦传感云中虚拟传感服务网络、双层映射网络、边缘传感簇网络的抗攻击防御等关键研究领域，研究内容和结果主要包括：（1）基于博弈论的虚拟传感服务网络安全优化研究。提出了基于随机演化联盟博弈的虚拟传感服务攻击防御框架；提出了一种马尔可夫检测树来分类恶意网页的自动识别模型；设计了优化资源分配框架，提出基于Q-learning的更新算法。（2）基于博弈论的传感云双层映射网络安全优化研究。提出了基于模糊博弈的物理传感器网络协调映射流节点攻击响应算法；设计了物理IDS和虚拟IDS两种入侵检测系统，提出了基于演化博弈及网关辅助的两层映射网络防御机制；提出了一种基于强化学习博弈的传感云环境下突发数据流映射负载容量优化方法。（3）具有多窃听节点的边缘传感簇网络安全容量优化研究。提出了基于演化博弈的两层MIMO信道自适应可生存性容量评估模型；提出了基于动态证书博弈的移动云认证框架；提出了基于云协作和动态多密钥博弈的可信数据分发认证机制；提出了基于演化博弈的自适应信任管理机制。（4）扩展研究。提出了基于演化模糊博弈的合作数据共享机制；提出一种基于扩展传染病理论的异构传感网恶意程序传播建模与分析方法；提出了一种基于马尔可夫链的针对受恶意程序传染的聚簇WSNs可生存性评估方法。针对MIMO无线Mesh网络中信道干扰，提出了多目标优化与多层分发联合调度和优化策略。研究结果为提高传感云服务质量，增强网络服务的安全性和可靠性提供一种新理论与方法。