[发明专利]一种基于压缩感知的无线网络的物理层入侵检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线网络的入侵检测，具体地说，涉及一种基于压缩感知的无线网络的物理层入侵检测方法。

背景技术

无线技术提供了方便的、低廉的网络接入方式。其宽带频率的频谱覆盖范围为大量的用户提供了简单、易用的使用模式。然而开放的接入方式使得无线网络容易受到各种各样的攻击。入侵者可以使用各种入侵工具很容易地对无线节点发起攻击，对无线网络造成较大破坏。在一些文献中，攻击者通常使用无线干扰设备对网络进行破坏。在众多攻击方式中，信号干扰器可以有目的性发送与无线网络相近频段信号来干扰无线网络的物理层传输。干扰器能够采用各种策略对网络发起攻击。如在相邻的信道上发送信号，造成正常节点受到干扰，或者直接在无线网络节点使用的通信频段上释放无线信号，直接对通信进行干扰。这里还有许多智能化的攻击方式。如CTS corruption干扰，ACKcorruption干扰，DATA corruption干扰，窄带干扰，DIFS等待干扰等方式。

目前对无线网络的入侵检测的大部分工作集中于对入侵检测算法性能的研究，而没有考虑它的系统运行代价，如CPU消耗，内存消耗以及传输带宽。系统代价的最小化直接影响了能量消耗，越小的能量消耗使得更多能量用于入侵检测。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提出了一种基于压缩感知的无线网络的物理层入侵检测方法，利用压缩感知技术，对无线网络信号进行压缩采样，得到压缩后的传输数据，然后通过专门的入侵检测算法进行检测，以实现对物理层的干扰信号进行区分，甄别的效果。其技术方案如下：

一种基于压缩感知的无线网络的物理层入侵检测方法，包括以下步骤：

1)传感器节点检测到事件信号(SINR信号)。SINR信号x首先经过稀疏变换，得到信号的稀疏表示形式x’；

2)SINR信号稀疏表示x’(x′∈R^N)通过在矩阵Φ上的投影的得到y(y∈R^M)矩阵Φ采样了一个m×n的托普利兹矩阵，其形式如下：

这里元素是服从独立同分布的；

3)y通过无线网络进行传输，中间经过多个节点后达到中心汇聚节点，多跳无线传输方式如图2B所示：

中心汇聚点不单独接受每个感知节点的数据，而是接受经过感知矩阵压缩采样后的信号的权重值，基于压缩感知的数据获取及传输流程如下：

31)当传输第i个节点的测量值到中心汇聚点时，节点A1把信号d1乘上感知矩阵的一个元素φ_i1然后发送给A2；

32)节点A2将自身的信号数据d2乘上φ_i2，然后A2发送φ_i1d₁+φ_i2d₂给节点A3；

33)以此类推，Aj发送自身数据和其接受到数据的权值之和给A(j+1)，最后中心汇聚点收到第i个数据的测量值为

在无线网络中，有M个测量值，则每个节点需发送M个数据包，即可完成整个网络信号数据的传输，且在这种方式下，每个节点发送的数据包数目都是相同的；

4)在中心汇聚节点采样利用CUSUM算法进行检测，并对检测出的结果进行重构还原，得到异常的行为数据，然后进行后续处理。

本发明的有益效果为：

本发明主要是用于对无线网络的物理层信号进行检测，发现干扰传输的异常信号。整个基于压缩感知的无线网络的物理层入侵检测系统主要是通过感知矩阵实现对无线信号进行采样，然后把采样到的压缩数据传输到中心(AP)节点。 对于这种压缩的数据利用CUSUM算法进行检测，判别出正常和干扰信号。本发明优势在于通过压缩的信号采样，减少数据规模，减少传输代价，从而实现快速地判断出物理层的异常情况。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于压缩感知的无线网络的物理层入侵检测方法的压缩感知理论的编解码框图

图2为本发明实施例提供的一种基于压缩感知的无线网络的物理层入侵检测方法的多跳链式网络数据收集图，其中，图2A为不压缩数据，去2B为给予压缩感知的数据采集；

图3为本发明实施例提供的一种基于压缩感知的无线网络的物理层入侵检测方法的SINR信号受到干扰的情况图，其中，图3(a)攻击期间SINR的变化；图3(b)在攻击期间期望值Z从负值到正值的偏移，图3(c)一个攻击出现时Cmm的输出信号；