網(wǎng)絡(luò)入侵后最優(yōu)節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇技術(shù)的研究

張睿哲+劉建粉

0 引 言

在網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)高度發(fā)展的今天，各種大數(shù)據(jù)信息通信無線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交互和數(shù)據(jù)傳輸，無線通信網(wǎng)絡(luò)采用合適的路由轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，結(jié)合UDP和IEEE 2.6等路由協(xié)議，進(jìn)行無線通信組網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)部署和路由設(shè)計，在移動無線網(wǎng)絡(luò)中，任意兩個節(jié)點(diǎn)之間端到端路徑通過無線路由編碼，采用例如HYMAD混合路由算法、CAR機(jī)會網(wǎng)絡(luò)路由算法等，實現(xiàn)混合通信和路由分配[1]。然而，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)在遭到病毒等外界入侵時，節(jié)點(diǎn)的路由轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議受到入侵信息的干擾，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)堵塞和丟包延遲，需要通過對無線通信網(wǎng)絡(luò)的通信節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)優(yōu)化部署，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸安全控制，設(shè)計無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，提高網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性，相關(guān)的算法和系統(tǒng)設(shè)計方法受到人們的極大重視。

網(wǎng)絡(luò)在受到病毒入侵后，需要進(jìn)行路由節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化通信組網(wǎng)選擇，傳統(tǒng)方法中，對網(wǎng)絡(luò)入侵后最優(yōu)節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇技術(shù)主要有基于IntServ綜合服務(wù)控制的路由節(jié)點(diǎn)選擇技術(shù)，基于機(jī)會網(wǎng)絡(luò)混合路由算法的節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)選擇技術(shù)和基于H?EC路由容錯性控制的通信組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)選擇方法等[2?4]，在上述算法設(shè)計原理的基礎(chǔ)上，相關(guān)的學(xué)者進(jìn)行了通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計，取得了一定的研究成果。其中，文獻(xiàn)[5]提出一種基于網(wǎng)絡(luò)鏈路資源分配及VXI總線控制的外置式無線通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)優(yōu)化選擇和安全協(xié)議設(shè)計，提高了網(wǎng)絡(luò)安全性能，系統(tǒng)設(shè)計采用、A24和A32地址映射進(jìn)行循環(huán)鏈路通信，結(jié)合中斷管理提高了節(jié)點(diǎn)的防入侵能力，但該系統(tǒng)設(shè)計方法構(gòu)成較為復(fù)雜，計算開銷較大，通信過程中的穩(wěn)定性不好。文獻(xiàn)[6] 采用嵌入式控制器設(shè)計方法進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)入侵后最優(yōu)節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇控制器的設(shè)計，采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法，通過GPIB，MXI控制器選擇外置式系統(tǒng)通信方式，實現(xiàn)了對節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)的優(yōu)化控制設(shè)計，提高了通信組網(wǎng)的安全性能，但該系統(tǒng)在進(jìn)行海量數(shù)據(jù)組網(wǎng)通信傳輸過程中，容易受到網(wǎng)絡(luò)外界特征信息的干擾，降低了系統(tǒng)通信和網(wǎng)絡(luò)路由數(shù)據(jù)收發(fā)的穩(wěn)健性[7]。

針對上述問題，本文對傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)入侵后節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇和控制系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計。

1 通信組網(wǎng)VMEBus總線輪換調(diào)度控制原理及

系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 通信組網(wǎng)VMEBus總線輪換調(diào)度控制原理

為了實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)入侵后最優(yōu)節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇，需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)入侵后的節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，本文采用通信組網(wǎng)VMEBus 總線輪換調(diào)度控制方法進(jìn)行節(jié)點(diǎn)選擇控制設(shè)計，通信組網(wǎng)VMEBus 總線輪換調(diào)度控制方法是建立在MXI總線支持技術(shù)之上，對于無線網(wǎng)絡(luò)通信組網(wǎng)。采用8位、16位和32位數(shù)據(jù)傳輸模塊構(gòu)建VXI總線系統(tǒng)，VMEBus 總線輪換調(diào)度控制系統(tǒng)有嵌入式和外掛式兩種方式，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)入侵后的通信節(jié)點(diǎn)的調(diào)度過程中，通過外置微機(jī)或工作站進(jìn)行80通道的DSP并行計算。在通信組網(wǎng)系統(tǒng)中，主控計算機(jī)對通信節(jié)點(diǎn)進(jìn)行自適應(yīng)輪換調(diào)度，考慮到VMEBus 總線中一個傳送節(jié)點(diǎn)（中間節(jié)點(diǎn)）S的配置信息，當(dāng)節(jié)點(diǎn)的在遭到網(wǎng)絡(luò)入侵后，其進(jìn)行路由收發(fā)通信的剩余能量[Eresidual]小于某個規(guī)定的能量閾值 [Ethreshold]時，使用Motorola 56002定點(diǎn)DSP進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)控制，分析根據(jù)Source與Sink節(jié)點(diǎn)之間的距離綜合信任值DS。在數(shù)據(jù)融合過程中，采用自適應(yīng)均衡控制方法對通信區(qū)域[W]中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行簇頭分發(fā)，節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)在進(jìn)行數(shù)據(jù)接收、處理、輸出、融合過程中的，受到網(wǎng)絡(luò)攻擊入侵的惡意節(jié)點(diǎn)在通信有效區(qū)域[W]中的坐標(biāo)參數(shù)假設(shè)為[（xi，yi）]，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)通過設(shè)置四元組[Ei，Ej，d，t]來表達(dá)各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的自適應(yīng)輪換調(diào)度的堆棧列表。

網(wǎng)絡(luò)遭到入侵后的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)通信自適應(yīng)均衡控制信任值為[D]，[D=Si，jt，Ti，jt，Ui，jt]，其中[Si，jt]表示簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)在最近時刻獲得共享密鑰；[Ti，jt]表示數(shù)據(jù)輸出量因素；[Ui，jt]表示綜合信任值（相關(guān)性）。

進(jìn)行通信收發(fā)的傳輸功率[pi]，[pk]和[pk+1]所對應(yīng)的每通道都有一個Delta?Sigma ADC，設(shè)置信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的工作頻率的值為1 024 kHz，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的各通道在時域和頻域傳輸速率分別表述為[ri]，[rk]和[rk+1]。在通信覆蓋半徑內(nèi)，通信組網(wǎng)采用基于VMEBus 總線輪換調(diào)度控制，提高節(jié)點(diǎn)的抗干擾性和抗攻擊能力，綜上分析，得到網(wǎng)絡(luò)入侵后節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇的輪換調(diào)度過程示意圖如圖1所示。

1.2 網(wǎng)絡(luò)入侵后最優(yōu)節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇控制系統(tǒng)設(shè)計

在上述設(shè)計的通信組網(wǎng)VMEBus 總線輪換調(diào)度控制模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計。首先分析網(wǎng)絡(luò)入侵后最優(yōu)節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇控制系統(tǒng)的總體構(gòu)建模型，網(wǎng)絡(luò)入侵后最優(yōu)節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇控制系統(tǒng)的設(shè)計包括了硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩大部分。其中，硬件設(shè)計部分主要包括了對網(wǎng)絡(luò)入侵后最優(yōu)節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇控制系統(tǒng)的驅(qū)動器設(shè)計、中央控制模塊設(shè)計和程序加載模塊設(shè)計等，電路部分包括功率放大器電路、通信接口驅(qū)動電路、A/D采樣電路和中央控制處理器電路等。對網(wǎng)絡(luò)入侵后最優(yōu)節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇控制系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)設(shè)計，通過串口、VXI總線、CAN總線構(gòu)建人機(jī)通信模塊，采用時鐘同步技術(shù)進(jìn)行通信節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)的程控控制和自適應(yīng)組網(wǎng)調(diào)控，在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)進(jìn)行自適應(yīng)輪換調(diào)度和循環(huán)壓控放大，對環(huán)形RAM緩沖區(qū)內(nèi)的惡意節(jié)點(diǎn)進(jìn)行層次化網(wǎng)格調(diào)度，采用路由分發(fā)模型進(jìn)行鏈路數(shù)據(jù)收發(fā)和濾波，在自動增益控制中，時域測量和頻域測量兩種方法進(jìn)行增益控制，采用以太網(wǎng)通信，進(jìn)行最優(yōu)部署選擇。在主控模塊設(shè)計中，采用Delta?Sigma ADC進(jìn)行集成信息處理，Delta?Sigma ADC使用64X采樣進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)和頻率測量。網(wǎng)絡(luò)入侵后最優(yōu)節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

圖2中，網(wǎng)絡(luò)入侵后最優(yōu)節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇控制系統(tǒng)的信號輸入是通信組網(wǎng)的PCI總線測量信號，信號通過模擬預(yù)處理進(jìn)行放大、濾波等，再通過ADC將信號變成數(shù)字信號，通過信號處理系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)通信的譯碼控制和自動增益輸出，在通信組網(wǎng)中，通過人機(jī)通信接口和外部存儲器進(jìn)行數(shù)據(jù)I/O收發(fā)轉(zhuǎn)換，由此實現(xiàn)節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇控制。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行系統(tǒng)的軟件開發(fā)，軟件開發(fā)中，采用DDE，TCP庫，ActiveX庫進(jìn)行PCI?MXI接口控制，最優(yōu)節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇控制系統(tǒng)軟件層次化結(jié)構(gòu)設(shè)計，分別為VISA管理層、測試資源層、用戶管理層、用戶應(yīng)用層[8?9]。通過TPS和軟件平臺用戶工具，進(jìn)行最優(yōu)節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇控制系統(tǒng)的開發(fā)，系統(tǒng)軟件層次化結(jié)構(gòu)模型描述如圖3所示。

2 系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 網(wǎng)絡(luò)入侵后的節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇控制系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計

在上述網(wǎng)絡(luò)入侵后的節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，根據(jù)上述功能指標(biāo)分析，進(jìn)行系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)入侵后最優(yōu)節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇控制系統(tǒng)的硬件模塊設(shè)計中，主要包括了A/D采樣濾波電路、節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)的復(fù)位電路、時鐘觸發(fā)電路、中央控制電路和外圍接口電路等，系統(tǒng)設(shè)計過程描述如下：

首先進(jìn)行系統(tǒng)的A/D采樣濾波電路設(shè)計，A/D電路是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)入侵后最優(yōu)節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)控制的數(shù)據(jù)收發(fā)功能，是系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。采用有源晶振SRAM，DRAM，SDRAM進(jìn)行A/D電路的設(shè)計，在DSP片內(nèi)構(gòu)建同步動態(tài)存儲器，對網(wǎng)絡(luò)入侵的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行同步動態(tài)濾波處理，通過Synchronous DRA的高速緩存功能，對網(wǎng)絡(luò)入侵后最優(yōu)節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇控制系統(tǒng)的核心DSP芯片進(jìn)行時序及組合邏輯控制，綜合考慮整個系統(tǒng)的功耗，得到本文設(shè)計的系統(tǒng)的A/D電路如圖4所示。

在對通信組網(wǎng)選擇控制系統(tǒng)的A/D電路設(shè)計的基礎(chǔ)上，進(jìn)行時鐘電路的設(shè)計，時鐘電路是通過無源晶體的脈沖觸發(fā)信號實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)入侵后的節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇控制，使用DSP片內(nèi)的PLL作為時鐘觸發(fā)電路的內(nèi)部振蕩器，在DSP內(nèi)部使用低頻的器件，對網(wǎng)絡(luò)入侵后的路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行自適應(yīng)循環(huán)調(diào)度，通過時鐘發(fā)生器可從CLKIN引腳接入通信組網(wǎng)選擇控制系統(tǒng)的分頻控制，通過循環(huán)堆棧調(diào)度，實現(xiàn)專用的JTAG測試，工作時鐘經(jīng)過分頻能選擇好合適的輸出電平，有效提高了對網(wǎng)絡(luò)入侵的防御能力，采用溫度補(bǔ)償晶振得到時鐘觸發(fā)電路的設(shè)計結(jié)果如圖5所示。

在此，進(jìn)行節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)的復(fù)位電路設(shè)計，進(jìn)一步進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)入侵后的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇控制系統(tǒng)的程序加載電路和中央控制電路設(shè)計。中央控制電路是整個系統(tǒng)的核心，本文采用新一代高性能﹑低功耗16位定點(diǎn)TMS320VC5509A芯片進(jìn)行作為最優(yōu)節(jié)點(diǎn)選擇控制系統(tǒng)的中央控制單元設(shè)計，采用時鐘頻率108 MHz的單端存取SARA，構(gòu)建I2C總線進(jìn)行多通道緩沖串口MCBSP的控制終端輸出設(shè)計，在網(wǎng)絡(luò)入侵后的最優(yōu)通信節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)中，結(jié)合通用串行總線USB進(jìn)行抗混疊濾波和看門狗電路的定時復(fù)位，經(jīng)過處理的數(shù)字信號經(jīng)DAC轉(zhuǎn)換實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)入侵后的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)選擇控制，基于VMEBus 總線輪換調(diào)度控制，得到網(wǎng)絡(luò)入侵后的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)的選擇控制中央控制單元芯片接口電路如圖6所示。

在中央控制模塊設(shè)計的基礎(chǔ)上，為了實現(xiàn)節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)的自動編程和控制指令的擦除操作，需要進(jìn)行外圍接口電路設(shè)計，外圍接口電路包括了FLASH存儲器，對FLASH存儲器采用DSP燒寫，滿足FLASH的數(shù)據(jù)燒寫格式，設(shè)計FLASH編程命令周期表，見表1。

2.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

在上述進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)入侵后的節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇控制系統(tǒng)的硬件模塊化設(shè)計的基礎(chǔ)上，結(jié)合嵌入式控制技術(shù)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)入侵后的節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計，軟件設(shè)計開發(fā)是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的核心，在軟件開發(fā)中，可采用高級語言如Matlab，C語言進(jìn)行控制算法和入侵檢測算法的設(shè)計實現(xiàn)，在前期的算法設(shè)計的基礎(chǔ)上，采用TI TMS320C2000開發(fā)平臺進(jìn)行節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)。在軟件設(shè)計中，主要包括了節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)的中斷設(shè)計和串口寄存器等，使用CAN的接收中斷，通過構(gòu)建SPORT0_TFSDIV寄存器、SPORT0_TCR2寄存器配置串口0發(fā)送入侵?jǐn)?shù)據(jù)信息的時延脈沖，通過串口發(fā)送時鐘后，通過兩位地址譯碼+16位數(shù)據(jù)進(jìn)行串口參數(shù)重組和初始化處理，使用CAN功能對幀同步信號進(jìn)行配置，首先配置DMA0_START_ADDR寄存器，設(shè)定DMA0_X_MODIFY為2，每個緩沖區(qū)滿后都產(chǎn)生中斷，通過VMEBus 總線輪換調(diào)度控制，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)入侵后最優(yōu)節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇，綜上分析，系統(tǒng)進(jìn)行軟件開發(fā)的配置流程如圖8所示。

3 系統(tǒng)調(diào)試和仿真測試

為了測試本文設(shè)計的系統(tǒng)在實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)入侵后的通信組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)選擇和路由配置中的性能，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試仿真實驗。實驗中，系統(tǒng)軟件的開發(fā)平臺采用開放源碼的Linux操作系統(tǒng)，系統(tǒng)主程序的編寫采用嵌入式Linux內(nèi)置TCP/IP協(xié)議設(shè)計無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)入侵?jǐn)?shù)據(jù)庫采用KDDP 2014網(wǎng)絡(luò)病毒數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)攻擊入侵，通過 Internet/Intranet 對網(wǎng)絡(luò)通信組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的實時傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣和誤碼分析評估，通信節(jié)點(diǎn)的最大輻射距離[Rmax]為100 m，通信組網(wǎng)傳遞信息的采樣頻帶為2～14 kHz、時寬為1 ms。根據(jù)上述仿真環(huán)境，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)入侵后的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)選擇，得到采用本文系統(tǒng)進(jìn)行最優(yōu)節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇控制前后的節(jié)點(diǎn)輸出星座圖如圖9所示。由圖9可知，采用本文設(shè)計的系統(tǒng)，進(jìn)行最優(yōu)節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇控制，能提高對網(wǎng)絡(luò)入侵后節(jié)點(diǎn)傳輸信息的抗干擾能力，對入侵信息的免疫性增強(qiáng)，實現(xiàn)最優(yōu)節(jié)點(diǎn)選擇部署，為了測試本文設(shè)計系統(tǒng)的性能，采用本文方法和傳統(tǒng)方法，以節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)的誤碼率為測試指標(biāo)，得到對比結(jié)果如圖10所示，從圖10可知，采用本文設(shè)計方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)入侵后的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇，降低了通信誤碼率，提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性。

4 結(jié) 語

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)在遭到病毒等外界入侵時，節(jié)點(diǎn)的路由轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議受到入侵信息的干擾，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)堵塞和丟包延遲，需要通過對無線通信網(wǎng)絡(luò)的通信節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)優(yōu)化部署，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸安全控制。本文提出一種基于VMEBus總線輪換調(diào)度控制的網(wǎng)絡(luò)入侵后最優(yōu)節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇技術(shù)，結(jié)合嵌入式控制技術(shù)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)入侵后的節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。研究得出，采用本文設(shè)計的方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)入侵后的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)通信組網(wǎng)選擇，提高網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性，降低了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率，保障了網(wǎng)絡(luò)安全。

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