基于物联网技术的跨层优化设计和安全机制研究

Internet of Things (IoT) is considered to be the extension and upgrade of the internet. Both QoS algorithms based on cross-layer design and network security mechanism are supposed to be the key technologies in the deployment of IoT on a big scale. Aim at constructing IoT with controllability, manageability and security, our research focus on the optimal resource scheduling and network security mechanisms for IoT combined with cross-layer optimization design technology in accordance with the suitable engineering assumptions. There are three basic scientific questions in our study, the cross-layer resource optimization scheduling mechanisms and algorithms in relay system in IoT, the related state information inter-layer prediction, discovery, and feedback mechanisms and the security and cross-layer hierarchy of the dynamic interaction architecture and related mechanisms for IoT in detail. For these three problems, We will give specific solutions on the collaborative relay cross-layer resource optimization system model, the theoretical framework and resource optimization scheduling algorithm in IoT, the optimized the resource status information to predict, discover and feedback mechanisms based on energy transfer technology and the privacy protection and the unified support system security model in IoT in the basic of Network QoS hierarchical model in IoT and Network security architecture。Our research will provide essential reference to the development of IoT technology and set up a solid theory foundation for the deployment of IoT in-large scale.

物联网是互联网技术延伸和提升后的一种全新表现形式，(其中)基于跨层设计的QoS优化算法与网络安全机制是实现物联网大规模部署的关键技术。本研究以构建可控、可管、可信的物联网为研究目标，在符合工程假设条件下，结合跨层优化设计思想对物联网资源优化调度及网络安全相关机制展开深入研究。具体针对物联网技术中继系统跨层资源优化调度机制及算法；物联网中相关状态信息跨层预测、发现和反馈机制；物联网安全和跨层动态交互的层次体系架构及相关机制等三个核心科学问题。针对这三个科学问题，本研究拟在物联网网络QoS层次模型和网络安全构架基础上，对物联网中的协同中继跨层资源优化体系模型、理论框架、资源优化计算方法；基于节能传输优化的资源状态信息预测、发现和反馈机制；以及隐私保护技术和统一支撑体系安全模型等方面提出具体解决方案。本研究将为物联网技术的发展提供重要的参考依据，为物联网的大规模部署奠定坚实的理论基础。

物联网是互联网技术延伸和提升后的一种全新表现形式，设计跨层算法与网络安全机制是实现物联网大规模部署的关键技术。本项目以构建可控、可管、可信的物联网为研究目标，开展了以下几方面的研究工作：1）构建跨层的软件定义安全体系；2）物理感知层，建立RFID供应链系统模型和攻击模型，识别恶意节点行为；3）网络通信层，提出入侵监测模型，基于幻影路由制定隐私保护策略，改进拥塞控制算法；4）应用服务层，实现跨网络安全域隔离与信息交换系统、多安全等级桌面系统、手机认证系统。项目研究过程中，提出了：1）一种软件定义安全体系架构；2）一种供应链攻击模型；3）一种双轨迹克隆检测算法；4）一种基于信任的节点安全成簇模型；5）一种基于节点行为检测的信任评估方法；6）一种基于博弈论的入侵响应模型；7）一种基于幻影路由的源位置隐私保护策略；8）一种拥塞控制模型及改进算法；9）一种面向桌面虚拟化系统的虚拟终端安全隔离模型；10）一种虚拟机迁移对象预测方法；11）一种基于多社交特征的身份认证协议。.针对以上模型和算法，通过OMNET++、MATLAB、ARENA、NS、CloudSim等仿真平台配置不同的网络场景，进行了多角度实验仿真、验证及性能分析，并编程实现了多安全等级的虚拟化桌面系统，对网络隔离技术进行了实际检测。实验表明，本项目提出的策略和方法有效地检测了网络恶意节点、缓解了网络拥塞、提高了入侵防御、加强了安全认证，有力保障了物联网信息体系安全机制的健壮性。到项目结题为止，在国内外重要学术期刊或国际会议上发表与本项目相关的论文56篇，其中SCI/EI检索43篇，申请专利25项，其中授权7项，受理18项。项目组在未来研究中将继续与国内外知名大学相关研究团队及学者展开研讨和合作，将继续积极参加相关国际、国内学术会议。