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随着传感器、无线通信等技术的发展,无线传感网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)尤其是异质无线传感网络(Heterogeneous WSNs,HWSNs)取得了广泛应用,如目标追踪、军事侦察、医疗卫生和智能生活等。HWSNs具有针对性强、灵活度高、成本低等优点,但由于传感节点所处的环境多样化,加之其自身的能量限制,容易遭受恶意程序攻击导致节点失效。为了提供有效的措施增强异质无线传感网络的安全性和抑制恶意程序的传播,揭示恶意程序在HWSNs上的传播行为以及评估HWSNs的可用度很有必要。当恶意程序发现网络系统中的一个安全漏洞时,很容易将HWSNs节点传染,进一步将其邻居节点感染,从而使得恶意程序扩散到整个网络,导致网络瘫痪。本文针对受恶意程序攻击的HWSNs的安全问题进行研究。主要研究内容及贡献如下:(1)为了研究节点异质性对恶意程序在HWSNs中的传播行为的影响,构建了节点差异性模型,并基于HWSNs节点状态转换对恶意程序传播行为进行了传播动力学分析;(2)基于上述研究成果,得到了单个节点稳态可用度的计算公式,进而分析了星型HWSNs和簇型HWSNs的稳态可用度。首先,本文构建了节点异质模型和恶意程序传播模型。具体来说,通过观察实际网络中节点度和节点脆弱性的差异,基于节点脆弱性和节点度分布构建了节点差异模型;借鉴传染病理论和Markov链构建了恶意程序传播模型,得到了HWSNs节点状态间转换的动力学方程。实验分析了节点度的分布以及节点脆弱性函数对节点感染率的影响,并给出了不同脆弱性函数下,恶意程序传播过程的分析。研究结果对受到恶意程序传染的HWSNs的安全性问题的研究提供了理论方法的基础。其次,本文提出了受恶意程序传染的HWSNs的可用度评估方法。具体来说,基于HWSNs节点状态转换的动力学方程,得到了节点达到稳定状态时处于各个状态概率的计算公式,进而得到了节点稳态可用度的公式;通过可用度评估方法,分析了星型HWSNs和簇型HWSNs的结构特点,给出了星型HWSNs和簇型HWSNs稳态可用度的计算方法。仿真实验分析了不同节点脆弱性函数对单个节点、星型HWSNs和簇型HWSNs稳态可用度的影响,并分析了传感器节点数和最小可用节点数对星型HWSNs稳态可用度的影响,以及簇中传感器节点个数和簇个数对簇型HWSNs稳态可用度的影响。研究结果对HWSNs的有效部署具有指导意义。