异质无线传感网,是无线传感网的一种,也是由大量传感器节点组成的一个多跳自组织智能网络。相比无线传感网,异质无线传感网的异质性主要体现在三个方面:传感器节点配置的资源不同,异质无线传感网的网络拓扑结构和传感器节点之间通讯的链路结构不同。因此,异质无线传感网结构更灵活,稳定性和可靠性也更高,更适合实际场景应用。所谓恶意程序,是对网络、系统、数据等具有恶意攻击性和严重破坏力的程序。由于异质无线传感网中的传感器节点通过无线网络进行通讯,而且资源配置有限,无法配置强的安全防御措施,它非常容易遭受恶意程序攻击。恶意程序一旦利用网络漏洞、传感器节点的系统及软硬件漏洞入侵异质无线传感网,会在其中快速传播,并通过窃取或者破坏传输数据、阻塞网络等手段破坏其正常工作,甚至采用耗尽传感器节点能量的方式使其处于死亡状态,使整个异质无线传感网瘫痪。本学位论文致力探索异质无线传感网中恶意程序的传播规律,控制恶意程序传播的策略。研究工作取得了下列成果。（1）基于元胞自动机和静态贝叶斯博弈预测了恶意程序在HWSNs中的传播规律。首先,根据元胞自动机的离散特性,将异质无线传感网的元素与元胞自动机的特性进行了映射。其次,根据元胞状态之间的转换规则建立了传感器节点状态转换的微分动力方程,构建了基于元胞自动机的恶意程序传播模型。然后,基于静态贝叶斯博弈预测了传感器节点系统和恶意程序的行为,计算得到了博弈双方的贝叶斯纳什均衡,确定了它们的最优行动策略,并将其应用到该模型,准确描述了恶意程序在异质无线传感网中的传播规律。最后,通过实验对该模型的有效性进行了验证,得到各种状态的传感器节点随时间变化的动态演化趋势。（2）考虑恶意程序潜伏期的异质性,基于元胞自动机理论提出了一个异质无线传感网恶意程序传播模型,分析了模型的稳定性。首先,考虑恶意程序潜伏期的异质性,传感器节点具有易感、潜伏、感染、免疫和死亡等状态,提出了一个基于元胞自动机理论恶意程序传播模型。其次,根据元胞状态转换规则函数建立了传感器节点状态之间转换的微分动力学方程,准确描述了传感器节点的状态随时间的动态演化趋势。然后,先计算出该模型的平衡点,再采用下一代矩阵法计算出该模型的基本再生数。进而证明了该模型的无病平衡点具有局部稳定性,得到了恶意程序继续传播或消亡的条件。最后,通过实验分析,验证了当基本再生数小于1时,模型收敛于无病平衡点,恶意程序将消亡。（3）利用最优控制理论,建立了抑制恶意程序在异质无线传感网中传播的最优控制系统。首先,考虑传感器节点的度的异质性和恶意程序潜伏期的异质性,扩展经典传染病模型,建立了一种描述异质无线传感网中恶意程序传播的模型。其次,利用最优控制理论,基于该模型证明了对已感染恶意程序的传感器节点打补丁时,存在最优控制问题。在规定时间内,如何以最小的成本加固已感染的传感器节点,可将累计感染恶意程序的传感器节点的概率控制到最小。然后,利用庞特里亚金极小值原理,将基于该模型的最优控制问题转化为相应的哈密顿函数,计算得到相应的最优控制系统。最后,通过实验分析,验证了求解的最优控制系统有助于抑制恶意程序传播。（4）考虑恶意程序攻击相关性,基于半马尔科夫链理论评估了异质无线传感网的稳态可用度。首先,考虑恶意程序攻击相关性,通过添加传感器节点的危险状态和激活状态,扩展经典传染病模型,建立了一种描述异质无线传感网中恶意程序传播的模型。其次,提出了一个描述恶意程序和传感器节点的入侵检测系统之间博弈的斯坦伯格攻防博弈,获得了恶意程序的最优传播概率。然后,基于半马尔可夫链理论得到了描述传感器节点状态转换的微分动力学方程,计算得到了异质无线传感网中单个传感器节点以及星型、簇型和Mesh型异质无线传感网的稳态可用度的计算公式。最后,通过实验分析,得到了提升异质无线传感网的稳态可多用度的一些重要因素。