感染病毒后網(wǎng)絡自我保護控制中的最優(yōu)通信節(jié)點選擇

摘 要： 分布式通信網(wǎng)絡在遭受病毒感染后，通信節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸和通信的穩(wěn)定性將受到影響，通過通信節(jié)點優(yōu)化路由協(xié)議設(shè)計和選擇，可提高網(wǎng)絡在遭到病毒感染后的自我修復和保護控制的能力。設(shè)計病毒感染的信息融合濾波器和病毒入侵的檢測器，采用貪婪算法進行自適應評估，軟件設(shè)計中考慮通信節(jié)點在最近時刻獲得的節(jié)點間距動態(tài)變化特征，進行節(jié)點選擇優(yōu)化，提高網(wǎng)絡在病毒感染后的穩(wěn)定性控制能力。實驗結(jié)果表明，該方法能降低網(wǎng)絡遭到病毒感染后的節(jié)點失效數(shù)量，提高節(jié)點的吞吐性能，實現(xiàn)網(wǎng)絡的自我保護控制和穩(wěn)定性控制。

關(guān)鍵詞： 網(wǎng)絡安全； 病毒感染； 病毒入侵； 自我修復

中圖分類號： TN926?34； TP393 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）18?0065?04

Abstract： The stability of data transmission and communication between communications nodes will be affected when the distributed communication network suffers from virus infection. The control ability of self?repair and protection can be improved by means of design and selection of communication node optimization routing protocols as the network suffers from virus infection. Information fusion filter against virus infection and virus intrusion detector were designed. A greedy algorithm is adopted to perform the adaptive assessment. In software design， the dynamic variation characteristics of communication node interval obtained in recent moment were considered for node selection optimization to improve the control capability of the network stability against virus infection. The experimental results show that this method can reduce the number of node failure after the network suffered from virus infection， improve the throughput performance of node， and realize the self?protection control and stability control of the network.

Keywords： network security； virus infection； virus invasion； self healing

0 引 言

隨著網(wǎng)絡信息技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡安全成為信息傳輸和網(wǎng)絡路由節(jié)點設(shè)計需要重要關(guān)切的問題。安全的網(wǎng)絡系統(tǒng)和平臺是指網(wǎng)絡操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡硬件平臺是可靠且值得信任的，通過檢查安全漏洞，防止攻擊者假冒合法用戶進行信息竊取和備份，通過對特定網(wǎng)段、服務建立的訪問控制體系，實現(xiàn)對網(wǎng)絡攻擊的實時檢測和防御，對安全漏洞進行周期檢查，防止網(wǎng)絡攻擊者修改敏感信息。網(wǎng)絡病毒是威脅網(wǎng)絡安全的重要殺手，網(wǎng)絡病毒感染下，分布式通信網(wǎng)絡會出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰、信息泄露和網(wǎng)絡失穩(wěn)，分布式通信網(wǎng)絡在遭受感染病毒后通信節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸和通信的穩(wěn)定性將受到影響，通過通信節(jié)點優(yōu)化路由協(xié)議設(shè)計和選擇，提高網(wǎng)絡的在遭到病毒感染后的自我修復和保護控制的能力。因此，研究分布式無線通信網(wǎng)絡在病毒感染后的自我保護控制和失穩(wěn)修復方法，通過通信節(jié)點優(yōu)化選擇，提高網(wǎng)絡通信性能具有重要的研究價值。

傳統(tǒng)方法中，對分布式無線通信網(wǎng)絡在遭到感染病毒后失穩(wěn)情況下的通信節(jié)點選擇方法主要有遺傳控制方法、環(huán)形路由選擇方法、基于最短路徑算法的通信節(jié)點部署方法等[1?3]。上述方法是通過通信節(jié)點連通圖中的子節(jié)點在遭到病毒入侵后的能量消耗進行自適應均衡處理后，對分布式無線通信網(wǎng)絡的病毒感染通信節(jié)點進行均勻覆蓋，采用SLAM方法進行自適應尋優(yōu)，提高網(wǎng)絡的穩(wěn)定性和安全性。但上述方法在進行病毒入侵檢測和最優(yōu)通信節(jié)點選擇過程中，容易受到節(jié)點的自組織性、多跳性和難控性的特點的影響，在病毒入侵的強度較大，信噪比較低時，網(wǎng)絡的自我保護控制性能不好。對此，相關(guān)文獻進行了算法的改進設(shè)計，其中，文獻[4]提出一種基于自適應遺傳進化和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制的網(wǎng)絡自我保護控制與通信節(jié)點優(yōu)化部署方法，采用自適應遺傳進化對病毒入侵特征進行檢測，采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制方法進行最優(yōu)通信節(jié)點部署的自適應尋優(yōu)，提高了網(wǎng)絡的安全穩(wěn)定性，但是該方法計算開銷較大，在遭到復雜病毒信息的入侵時，算法的收斂性不好。文獻[5]提出一種基于動態(tài)擴展與融合濾波的感染病毒后網(wǎng)絡自我保護控制和最優(yōu)通信節(jié)點路由分發(fā)模型，通過最優(yōu)融合技術(shù)對通信節(jié)點進行隨機共振輪換調(diào)度，設(shè)定能量閾值進行病毒檢測和濾波，提高了網(wǎng)絡的安全通信性能，但是該方法隨著通信節(jié)點數(shù)目的增多，容易導致節(jié)點失效和網(wǎng)絡失穩(wěn)[6?8]。

1 病毒檢測器與濾波器的硬件設(shè)計

針對傳統(tǒng)方法的缺陷，在分析網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)布局的基礎(chǔ)上，進行病毒感染后的信息融合濾波處理，通過信息融合濾波，提高網(wǎng)絡失穩(wěn)控制能力。針對網(wǎng)絡的移動性、斷接性特性，可采用TinyOS的組件層次結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡節(jié)點中的過濾器和檢測器等中間件。網(wǎng)絡入侵后，網(wǎng)絡節(jié)點發(fā)生變化的有三個組件：轉(zhuǎn)發(fā)信息表FIB、內(nèi)容存儲CS和PIT表[9?10]。對病毒感染數(shù)據(jù)序列進行高斯離散化處理，采用連續(xù)傳感器獲取，對分布式無線網(wǎng)絡感染病毒失穩(wěn)的信道進行特征分析和測量，得到網(wǎng)絡病毒入侵信號的原始閾值，采用非線性最小二乘擬合，得到病毒感染時間序列的相位隨機化主濾波器。根據(jù)上述數(shù)據(jù)輸入，進行病毒檢測濾波，采用NI公司的8通道模擬輸出模塊設(shè)計病毒濾波器，濾波器的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

節(jié)點中的過濾器通過外部傳感器的I/O接口的閾值引腳上引入病毒感染的原始數(shù)據(jù)信息，采用預處理系統(tǒng)10 MHz時鐘進行數(shù)據(jù)特征采樣，單靠內(nèi)部10 MHz和2個通用最優(yōu)融合控制器進行病毒入侵的失穩(wěn)控制和信號濾波，病毒感染的信息融合濾波器的主控制器是整個嵌入式網(wǎng)關(guān)的核心。網(wǎng)關(guān)采用以ARM920T為核心的32位telosB進行濾波器的并聯(lián)，2片SDRAM芯片HY57V561620并聯(lián)構(gòu)建Linux內(nèi)核映像。主控制器S3C2440與分布式無線通信網(wǎng)絡連接的telosB節(jié)點模塊通信的接口電路設(shè)計如圖2所示。

在主控制器電路中，設(shè)置相應波特率后，分布式無線網(wǎng)絡遭到病毒入侵的節(jié)點與485網(wǎng)絡和以太網(wǎng)通信，進行最優(yōu)部署選擇，得到三個通用異步串行接口實現(xiàn)異步網(wǎng)絡控制，采用CrossBow公司的telosB無線模塊進行數(shù)據(jù)共享、交流，通過網(wǎng)關(guān)將濾波后的數(shù)據(jù)信息連接到郵件服務器，每個傳輸調(diào)度集在融合中心的支配通信節(jié)點以10 Mb/s，100 Mb/s 自適應的速率接入以太網(wǎng)。通過上述處理，實現(xiàn)對病毒入侵的濾波檢測，提高網(wǎng)絡安全性能，病毒感染的濾波檢測的硬件電路設(shè)計如圖3所示。

2 自適應輪換調(diào)度線性貪婪算法及通信節(jié)點選

擇優(yōu)化的軟件設(shè)計

通過完成相關(guān)的硬件設(shè)計后，在濾波和病毒檢測硬件電路設(shè)計的基礎(chǔ)上，提出一種基于自適應輪換調(diào)度線性貪婪算法的感染病毒后網(wǎng)絡自我保護控制中的最優(yōu)通信節(jié)點選擇軟件設(shè)計方法?；谧赃m應輪換調(diào)度線性貪婪算法進行節(jié)點部署的過程描述如下：

從圖6可見，采用該方法進行節(jié)點優(yōu)化選擇部署后，在病毒感染下的節(jié)點失效個數(shù)比傳統(tǒng)模型少很多，展示了本文方法的優(yōu)越性能。

4 結(jié) 語

本文通過對通信節(jié)點優(yōu)化路由協(xié)議設(shè)計和選擇，提高了網(wǎng)絡在遭到病毒感染后的自我修復和保護控制的能力。提出一種基于自適應輪換調(diào)度線性貪婪算法在感染病毒后網(wǎng)絡自我保護控制中的最優(yōu)通信節(jié)點選擇方法。首先構(gòu)建了分布式通信網(wǎng)絡通信節(jié)點的布局模型，然后進行數(shù)據(jù)融合濾波器設(shè)計。首先對網(wǎng)絡病毒入侵的濾波檢測，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合網(wǎng)絡自我保護控制的約束參量模型進行最優(yōu)通信節(jié)點選擇，實現(xiàn)病毒感染后的網(wǎng)絡通信路由優(yōu)化設(shè)計，提高網(wǎng)絡在病毒感染后的穩(wěn)定性控制能力。研究結(jié)果表明，采用該模型能降低了網(wǎng)絡遭到病毒感染后的節(jié)點失效數(shù)目，提高了節(jié)點的吞吐性能，實現(xiàn)了網(wǎng)絡的自我保護控制，提高了網(wǎng)絡穩(wěn)定性和通信的可靠性方面的應用性能。

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