数据篡改攻击时分布式传感网络状态估计问题研究

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近年来,随着通信技术的快速发展,无线传感器网络的应用越来越广泛,目前已成为通讯、计算机和控制领域的研究热点。但是在实际应用中,无线传感器网络经常部署在无人值守或恶劣环境中,在这些外部环境的干扰下,以及传感器本身硬件资源有限,使得传感器网络容易遭受丢包或恶意攻击,网络无法获取真实的监测信息。随着网络安全问题的日益严重,研究存在数据篡改攻击时的一致性分布式滤波算法,分析攻击者的攻击行为,设计有效的防御措施,具有非常重要的意义。  本文深入分析了基于一致性的分布式状态估计问题,介绍了一致性算法原理和卡尔曼滤波的状态估计过程,给出了基于一致性的分布式状态估计算法的基本框架。  针对无线传感器网络存在的数据篡改攻击,从攻击者的角度,以最大化网络估计误差协方差为目标,对数据篡改攻击时的一致性分布式状态估计算法进行分析,应用图论、矩阵论等工具给出了算法收敛的充分条件,并应用Schur补定理,构建了攻击序列的优化问题,用凸优化工具进行求解。  研究了基于事件触发的分布式状态估计问题,针对网络中存在数据篡改攻击时,设计有效的事件触发机制控制可疑数据的进一步传输,分析了数据篡改攻击时的分布式事件触发状态估计算法,利用图论、矩阵论等分析工具,得出网络估计误差协方差的上界并给出了算法收敛的充分条件。  最后,应用Matlab工具对所提出的算法及得到的理论结果进行了仿真验证,并探索了攻击策略、算法参数与网络估计性能之间的关系,对未来的研究工作进行了展望。
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