網(wǎng)絡(luò)入侵中的關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)損傷定位器設(shè)計(jì)

曾玉生　陳梅

摘 要： 針對(duì)傳統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)損傷定位一直存在精度低的問(wèn)題，提出基于自適應(yīng)波束形成的關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)損傷定位器設(shè)計(jì)方法。建立網(wǎng)絡(luò)入侵中的關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型，提取損傷節(jié)點(diǎn)輸出信息的異常頻譜特征，采用自適應(yīng)波束形成方法進(jìn)行關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)損傷部位的物理特征參量估計(jì)，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)確定位。仿真結(jié)果表明，采用該方法進(jìn)行關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)損傷定位的精度較高，收斂性較好。

關(guān)鍵詞： 網(wǎng)絡(luò)入侵； 自適應(yīng)波束； 關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)； 損傷定位

中圖分類號(hào)： TN711?34； TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）20?0022?03

Abstract： Aiming at the problem of low accuracy in traditional node damage localization， a design method of association node damage locator based on self?adaptive beam?forming is proposed. A topology model is constructed for association nodes in network intrusion， the abnormal spectrum characteristics of damaged nodes output information are extracted， and the self?adaptive beam?forming method is adopted to estimate physical characteristic parameters of the damaged parts of association nodes， to achieve accurate node localization. The simulation results show that the proposed method has high accuracy and good convergence for association node damage localization.

Keywords： network intrusion； self?adaptive wave beam； association node； damage localization

隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的安全受到人們的極大關(guān)注，網(wǎng)絡(luò)在受到病毒入侵和黑客攻擊時(shí)容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中斷和損傷，通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)入侵后關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)損傷定位，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)路由修復(fù)，保障網(wǎng)絡(luò)連通性和安全性[1]。因此，研究網(wǎng)絡(luò)入侵中的關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)損傷定位方法具有重要意義，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)由大量部署在作用區(qū)域內(nèi)的路由鏈路結(jié)構(gòu)組成。傳統(tǒng)基于能量耗盡異常檢測(cè)方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)入侵節(jié)點(diǎn)定位過(guò)程中，存在計(jì)算開(kāi)銷較大，對(duì)節(jié)點(diǎn)定位的實(shí)時(shí)性不好。提出基于自適應(yīng)波束形成的關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)損傷定位器設(shè)計(jì)方法，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)分析，得出有效性結(jié)論。

1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)分布模型

1.1 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析

為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)入侵中的關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)損傷定位器設(shè)計(jì)，首先構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布模型，本文采用二階有向圖模型[G=（V，E）]表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[2]，如圖1所示。

在圖1所示的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型中，網(wǎng)格分布關(guān)系弧[A，B]，[A，C]具有共同的梯度方向?qū)傩?，通信網(wǎng)絡(luò)的頂點(diǎn)集和Sink節(jié)點(diǎn)同屬于[G1]和[G2]。所以根節(jié)點(diǎn)[Gc]只有[A，B，C]三個(gè)公共語(yǔ)義節(jié)點(diǎn)。計(jì)算檢索特征毗連區(qū)域的兩個(gè)有向圖之間的相似度，用[S]表示有向圖[G1]，[G2]間的主題詞相似度，當(dāng)[G1]和[G2]之間不存在關(guān)聯(lián)性時(shí)，對(duì)方不是需要入侵節(jié)點(diǎn)檢索的目標(biāo)數(shù)據(jù)，此時(shí)相似度[S=0]；當(dāng)入侵節(jié)點(diǎn)的目標(biāo)數(shù)據(jù)完全匹配時(shí)，表示完全相似，[S=1]。采用基于結(jié)構(gòu)信息本體映射方法得到有向圖[G1]，[G2]語(yǔ)義節(jié)點(diǎn)的屬性相關(guān)性相似度特征[SC]，得到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的通信覆蓋半徑為：

通過(guò)自適應(yīng)分層均衡設(shè)計(jì)，在網(wǎng)絡(luò)入侵后，[Gc]中的語(yǔ)義節(jié)點(diǎn)同時(shí)存在于[G1]和[G2]，在定位通道的梯度圖中，輸入到節(jié)點(diǎn)定位通道的語(yǔ)義特征向量值分別為：[x1]，[x2]，[x3]和[x4]，采用[3×3]網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)得到[Gc]中的語(yǔ)義關(guān)系弧，通過(guò)決策樹(shù)屬性集分層存儲(chǔ)在[G1]和[G2]中，通過(guò)上述對(duì)入侵后網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析，進(jìn)行關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)損傷定位器設(shè)計(jì)。

1.2 入侵后關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)的傳輸路由分發(fā)信道測(cè)量

通過(guò)分析可見(jiàn)，采用本文方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)入侵中的關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)損傷定位的信道測(cè)量誤差收斂于零，從而保證了節(jié)點(diǎn)損傷定位的準(zhǔn)確度。

2 關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)損傷定位器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在上述進(jìn)行了網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析和節(jié)點(diǎn)分布模型分析以及信道測(cè)量的基礎(chǔ)上，進(jìn)行關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)損傷定位器優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出一種基于自適應(yīng)波束形成的關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)損傷定位器設(shè)計(jì)方法。在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中提取損傷節(jié)點(diǎn)輸出信息的異常頻譜特征，通過(guò)高階時(shí)頻譜分析[5]，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)異常信號(hào)檢測(cè)概率密度函數(shù)[L2（R）]的一個(gè)框架，頻率點(diǎn)落在基函數(shù)區(qū)間的概率密度和網(wǎng)絡(luò)入侵后的失穩(wěn)參量模型分別為：

3 仿真實(shí)驗(yàn)分析

在Matlab仿真環(huán)境中測(cè)試本文設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)入侵中的關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)損傷定位器的性能。本文研究的網(wǎng)絡(luò)分布在一個(gè)1 000 m×1 000 m的平面區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中共有200個(gè)網(wǎng)絡(luò)用戶終端節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)入侵檢測(cè)中的信息干擾強(qiáng)度的SNR為-10 dB，網(wǎng)絡(luò)中的Sink節(jié)點(diǎn)設(shè)置為12個(gè)，網(wǎng)絡(luò)中關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)的傳輸速率為100 Mb/s，單個(gè)節(jié)點(diǎn)的通信覆蓋半徑為[R=10]m。根據(jù)上述仿真環(huán)境和參數(shù)設(shè)定，進(jìn)行關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)損傷定位仿真分析，得到節(jié)點(diǎn)定位精度對(duì)比如圖2所示。

分析圖2結(jié)果得知，采用本文方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)入侵后關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)損傷定位的精度較高。圖3給出了采用不同方法進(jìn)行節(jié)點(diǎn)定位的收斂誤差對(duì)比結(jié)果，分析得知，采用本文方法進(jìn)行定位的收斂性較好，能在25次迭代后把定位誤差收斂到零，性能優(yōu)于傳統(tǒng)方法。endprint

4 結(jié) 語(yǔ)

本文研究了網(wǎng)絡(luò)入侵的節(jié)點(diǎn)定位問(wèn)題，提出一種基于自適應(yīng)波束形成的關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)損傷定位器設(shè)計(jì)方法。建立網(wǎng)絡(luò)入侵中的關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型，提取損傷節(jié)點(diǎn)輸出信息的異常頻譜特征，采用自適應(yīng)波束形成方法進(jìn)行關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)損傷部位的物理特征參量估計(jì)，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)確定位。仿真結(jié)果表明，采用該方法進(jìn)行關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)損傷定位的精度較高，收斂性較好，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

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