无线传感器网络异常检测及异常数据重构关键技术研究

In wireless sensor networks, anomaly detection approaches ususally determine whether the data is normal with the cooperation of the nodes. To the end, it needs fusing the opinions of sensor nodes. However, previous work consider neighbors' opinions being just normal and anomalous, and do not consider the uncertainty of neighbors to the data of the node. How to fuse the uncertainty for anomaly detection is an important challenge. Beyond that, it provides the hardware foundation for the improvement of the anomaly detection technology with the gradual application of the mobile sensor nodes. How to play fully potential of the mobiles sensor nodes is a problem deserving of study in anomaly detection. In addition, the existing data reconstruction techniques are often based on the spatio-temporal correlation, and it is not always true because of the paroxysm of the abnormal data. To overcome the challenges, the research intends to study the key technologies of anomaly detection and anomalous data reconstruction. And it will propose some solutions which include the subjective logic based anomaly detection technique, dynamically collaboration between static and mobiles sensor nodes, and anomalous data reconstruction techniques on the feature vector library. Thus, it can promote and facilitate the development of anomaly detection in wireless sensor networks.

无线传感器网络的异常检测方案，通常采用节点协作的方式来完成异常数据判断，这就需要综合多个节点的意见。在现有异常检测方案中，这些意见仅为正常或不正常两种情况。但实际情况并非如此，邻居节点所给出的意见往往包括不确定性。如何将这种不确定性融入异常检测面临巨大挑战。移动节点的逐渐应用，为异常检测技术的改进提供了硬件基础。在异常检测中，如何充分发挥移动节点的潜能是一个值得研究的问题。此外，现有数据重构技术往往建立在时空相关性的基础上，而异常数据的偶然性和突发性使得这一前提并不总是成立。针对这些问题和研究现状，本项目将深入研究传感器网络异常检测和异常数据重构关键技术，拟采用基于主观逻辑的异常检测方法、静止和移动节点动态协作的异常检测技术、基于特征向量库的异常数据重构技术，解决传感器网络异常检测和异常数据重构所存在的一些问题，促进和推动传感器网络数据处理技术的发展。

传统的异常检测方法和数据重构技术不能满足传感器网络的现实需求。无线传感器网络的异常检测方案，通常需要综合多个节点的意见，需要重点考虑邻居节点给出意见的不确定性。现有数据重构技术往往忽略了异常数据的偶然性和突发性的特点，需要参考多方面因素优化数据重构方法。针对这些问题和研究现状，本项目深入研究了传感器网络中性能高效的异常检测及异常数据重构关键技术，同时对相关内容进行了必要的扩展研究。本项目研究的主要进展和取得的研究成果主要包括：（1）研究了传感器网络异常检测技术，提出了基于主观逻辑的检测方法、基于组验证的检测方法、基于远程证明的检测方法、基于业务流程的检测方法，有效实现了对网络异常的检测；（2）研究了传感器网络路由构建算法，提出了基于主观逻辑的路由构建算法，分析解决了最大生命周期路由树的码率分配问题，可以在构建路由的同时实现异常检测，减少节点的能量消耗，延长网络生命周期；（3）研究了传感器网络异常数据重构技术，提出了基于主观逻辑的缺失值重构技术，给出了网络编码重编程协议的评估方法，可以准确、有效的还原数据缺失值，并实现有效的缺失值数据分发；（4）研究了传感器网络安全的相关基础理论，提出了适合权重意见操作的新算子，并研究了网络安全评估问题，提出新的评估模型和方法；（5）在理论研究的同时，我们进行了原型系统的研发。围绕课题研究内容，我们在国内外学术期刊和学术会议上发表和录用19篇论文，其中SCI检索论文3篇，EI检索论文7篇，申请国家发明专利3项，软件著作权1项。