【摘 要】
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随着通信技术的快速发展,异质无线传感器网络（Heterogeneous Wireless Sensor Networks,HWSNs）在城市管理、军事和计算机等领域有着广泛的应用。HWSNs通常被架设在无人且广阔的特殊环境中,缺乏监管,故节点很容易被捕获,存在很多潜在的威胁。以上这些情况都对HWSNs的安全性能提出了更高的要求,使得对HWSNs的性能评估显得尤为迫切与重要。因此,本文对面向恶意程序
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（61772018）； 上海软件测评重点实验室；
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随着通信技术的快速发展,异质无线传感器网络（Heterogeneous Wireless Sensor Networks,HWSNs）在城市管理、军事和计算机等领域有着广泛的应用。HWSNs通常被架设在无人且广阔的特殊环境中,缺乏监管,故节点很容易被捕获,存在很多潜在的威胁。以上这些情况都对HWSNs的安全性能提出了更高的要求,使得对HWSNs的性能评估显得尤为迫切与重要。因此,本文对面向恶意程序传播的HWSNs可用度和稳定性进行了研究,主要内容如下:（1）基于经典传染病模型中传染病传播流行方式和恶意程序在HWSNs中扩散过程的共性,构建SEQIRD恶意程序传播模型。（2）采用将半马尔科夫过程应用于SEQIRD恶意程序传播模型的方法,对HWSNs的可用度这一性能指标进行评估。考虑含恶意程序的节点作为攻击方对其通讯范围内节点发起持续攻击导致节点脆弱性发生变化的情况,使用半马尔科夫链描述节点各状态之间的动态转换过程,得到状态转移概率矩阵和各个状态的稳态概率,推理得出单个异质传感器节点的可用度计算公式,并考虑HWSNs不同拓扑结构的特点,再依次推理得出星型、簇型和Mesh型结构下整个HWSNs的可用度计算公式。通过实验分析了初始感染率、感染变化率、恢复率和不同拓扑结构的构成对HWSNs可用度的影响,验证了所提方法的有效性。（3）针对传感器节点具有不同通信连通性的HWSNs,对SEQIRD模型稳定性进行了定量分析。节点状态之间的转换过程满足传播动力学方程,由此得到了可以描述节点状态动态转换的微分方程组,并证明了该传播模型存在稳定点以及稳定点的稳定性,同时通过计算得出了恶意程序在HWSNs中传播还是消亡的阈值。结合仿真实验,验证了模型稳定在无病稳定点的正确性以及节点状态间的转换概率对传播过程的影响。
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