无线充电传感器网络伪装充电攻击研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Duyixu
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随着无线电力传输技术(Wireless Power Transfer,WPT)的出现,能量发射器和接收器之间的电力传输方式突破原有限制,由原先的有线方式逐渐过渡到无线方式进行,进而产生了无线充电传感器网络(Wireless Rechargeable Sensor Networks,WRSN)的新型传感器网络架构。目前传统的WRSN领域工作主要集中在最大化网络寿命、优化充电效率和优化充电质量方面,而很少关注网络安全问题,特别是充电过程中存在的安全隐患使传感器网络容易受到新型充电攻击,如恶意节点蹭电、拒绝充电攻击(Denial of Charge,Do C)、异常充电行为等,会严重破坏WRSN的正常运行。值得注意的是,充电设备大功率的能量传输干扰了数据通信,将破坏正常网络功能。本文设计了一种新型的伪装充电攻击方案。在此类攻击中,恶意移动充电器(Mobile Charger,简称MC)表面上正常对某一个节点执行充电任务。实际上,它的真实目的是利用电磁波的非线性叠加原理发动攻击,导致目标节点无法接收任何能量,最终使节点能量耗尽,难以完成正常工作。为了更好地针对此类型伪装充电攻击展开研究,本文首先通过实验验证对非线性叠加效应进行建模和解释,指出发动此类新型攻击的可能性,研究不同充电设备的位置关系与充电信号相位等因素对充电过程的影响,采用实验分析与理论证明的方式指出电磁波对节点接收功率的增强性与减弱性的影响。其次,建立数学模型使用效用函数U(R)中的分配策略以分配每个传感器节点的接收能量,将攻击问题形式化为一个带有关键时间窗口约束(charging u Tility opt Imization problem with key no De tim E window constraints,TIDE)的充电路径规划问题。然后,本文提出了一种伪装充电攻击算法(charging attack algorithm,CSA)以解决该问题,同时为了考虑路径消耗和充电点的顺序选择问题,设计了一种有效的带有多个时间窗口的路径规划算法(Multiple Time Windows,MTW)。之后,通过详细的理论分析证明了CSA和MTW算法在兼顾时间窗约束和充电车能量约束的前提下,能够使整体充电效用最大化,并使本文提出的算法具有一定的性能保证。最后,为了证明所提出方案的优越性,本文通过大量的实际场景实验和仿真进行综合分析,并针对多种性能指标与一些现有方案进行了比较,结果表明,本文提出的伪装充电攻击算法CSA与现有算法相比,在攻击现象不被发现的情况下至少可以使80%的关键节点耗尽,带有多个时间窗口的路径规划算法MTW可使节点存活率至少降低8.5%。
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