技術(shù)特征：

1.一種基于元胞自動機的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全補丁分發(fā)方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1、建立無線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型，并將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點劃分為三種節(jié)點狀態(tài)：傳感器節(jié)點處于能正常工作但未打上安全補丁的狀態(tài)、傳感器節(jié)點已被病毒感染的狀態(tài)、打上安全補丁對病毒免疫的狀態(tài)；

步驟2、建立二維元胞自動機的安全補丁分發(fā)模型CAS＝(C，S，N，F(xiàn))，根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的三種不同節(jié)點狀態(tài)，進(jìn)行基于元胞自動機的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全補丁的分發(fā)；上述安全補丁分發(fā)模型中的C表示元胞空間，S表示元胞的狀態(tài)集，N表示元胞鄰域，F(xiàn)表示元胞演化規(guī)則。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于元胞自動機的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全補丁分發(fā)方法，其特征在于：所述步驟1的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型為：監(jiān)測區(qū)域為一個正方形區(qū)域，其邊長l,在該監(jiān)測區(qū)域內(nèi)包含無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點個數(shù)為n，節(jié)點密度為ρ，節(jié)點的通信距離為r；所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點用于感知和采集監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)并通過多跳的方式傳輸給基站；所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點初始狀態(tài)下被感染節(jié)點的比例為θ，節(jié)點成功接收安全補丁概率為α，安全補丁清除病毒的概率為β。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于元胞自動機的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全補丁分發(fā)方法，其特征在于：所述安全補丁分發(fā)模型中的C、S、N、F分別表示為：

(1)元胞空間C代表l×l個格子的二維網(wǎng)格，設(shè)每個單元最多只容納一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在空間中的位置使用二維網(wǎng)格中的水平坐標(biāo)i和垂直坐標(biāo)j表示為：

C＝{(i，j)|1≤i≤l，1≤j≤l}

(2)元胞的狀態(tài)集S包括如下兩個狀態(tài)集：

狀態(tài)集SC為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的狀態(tài)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點共分為三個狀態(tài)：正常節(jié)點狀態(tài)、已感染狀態(tài)和獲得安全補丁后的免疫狀態(tài)；當(dāng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)正常節(jié)點獲得安全補丁后直接進(jìn)入免疫狀態(tài)，已感染節(jié)點的病毒被清除候進(jìn)入免疫狀態(tài)；狀態(tài)集SC通過如下公式進(jìn)行表示：

狀態(tài)集MAC考慮了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸中的信道訪問原則，分發(fā)補丁時采用CSMA/CA方式：當(dāng)某無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點監(jiān)聽到信道忙碌后再隨機退避一段時間后進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，當(dāng)一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)時其領(lǐng)域節(jié)點均不能發(fā)送，只有監(jiān)聽到信道空閑后才會嘗試發(fā)送數(shù)據(jù)；狀態(tài)集MAC通過如下公式進(jìn)行表示：

(3)元胞鄰域N

任意節(jié)點C_ij的元胞鄰域如下所示：

$N_{ij}=\sqrt{{(x-i)}^2+(y-j)2}\≤r,(x,y)\∈C$

(4)元胞演化規(guī)則的元胞狀態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù)F

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的狀態(tài)SC_ij在t時刻的狀態(tài)SC_ij(t)是由t-1時刻無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的狀態(tài)SC_ij(t-1)以及其鄰域節(jié)點的狀態(tài)集共同決定的，則轉(zhuǎn)換函數(shù)由如下公式表示：

SC_ij(t)＝f(5C_ij(t-1)，SN_ij(t-1))

①若無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在t-1時刻是正常節(jié)點狀態(tài)，則其狀態(tài)轉(zhuǎn)換函為：

SC_ij^r(t)＝max(1，f₁(SN_ij(t-1)))

上式中，兩個函數(shù)的最大值為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的狀態(tài)SC_ij；

②若該正常節(jié)點領(lǐng)域有e個獲得安全補丁并在免疫狀態(tài)的節(jié)點發(fā)送安全補丁包，在這個時間間隔內(nèi)，則有1-(1-α)^e的幾率收到補丁包，當(dāng)信道處于空閑狀態(tài)，則無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進(jìn)入免疫狀態(tài)；則該狀態(tài)轉(zhuǎn)化函數(shù)為：

③若無線傳感器節(jié)點在t-1時刻是已感染狀態(tài)，則狀態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù)為：

SC_ij^v(t)＝max(0，f₂(SN_ij(t-1)))

上式中，兩個函數(shù)的最大值為節(jié)點的狀態(tài)SC_ij；

④若該已感染狀態(tài)節(jié)點領(lǐng)域有e個獲得安全補丁并在免疫狀態(tài)的節(jié)點發(fā)送安全補丁包，在這個時間間隔內(nèi)，有1-(1-α)^e的幾率收到補丁包，當(dāng)信道處于空閑狀態(tài)，則節(jié)點成功接收到補丁包；每收到一個補丁包后，有β的概率進(jìn)入免疫狀態(tài)，則收到g個安全補丁包后治愈的幾率為(1-(1-α)^e)(1-(1-β)^g)；其中，g≤e；則狀態(tài)轉(zhuǎn)化函數(shù)為：

⑤若節(jié)點在t-1時刻已經(jīng)處在免疫狀態(tài)，則狀態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù)為：

SC_ij^m(t)＝2

此時，免疫狀態(tài)節(jié)點維持此狀態(tài)不變，僅向外繼續(xù)分發(fā)安全補丁。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于元胞自動機的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全補丁分發(fā)方法，其特征在于：所述步驟2進(jìn)行基于元胞自動機的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全補丁分發(fā)的方法為：

在l×l正方形區(qū)域內(nèi)，在已知的被感染的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中選取一個或若干個節(jié)點采取人工燒寫程序的方式打上安全補丁，進(jìn)入已打上安全補丁的對病毒免疫的狀態(tài)；

(1)針對被選中的初始節(jié)點，進(jìn)行基于元胞自動機的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全補丁的分發(fā)：

①采用二維元胞自動機的方式向外分發(fā)安全補??；

②處在已打上安全補丁的對病毒免疫狀態(tài)的節(jié)點，按下式計算元胞空間中的位置C：

C＝{(i，j)|1≤i≤l，1≤j≤l}

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在獲得安全補丁后的節(jié)點狀態(tài)為SC_ij＝2；

向處在本節(jié)點的元胞鄰域內(nèi)的節(jié)點分發(fā)安全補丁，該節(jié)點的鄰域為改進(jìn)的擴展型摩爾型鄰域，任意節(jié)點C_ij的鄰域為：

$N_{ij}=\sqrt{{(x-i)}^2+{(y-j)}^2}\≤r,(x,y)\∈C$

上式中，r為每個傳感器節(jié)點最大的發(fā)射距離；

隨后該節(jié)點狀態(tài)SC_ij^m(t)＝2并占用鄰域內(nèi)的的信道；

(2)對于已被病毒感染狀態(tài)的節(jié)點，進(jìn)行基于元胞自動機的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全補丁分發(fā)，包括以下步驟：

①已感染病毒狀態(tài)的節(jié)點通過函數(shù)SC_ij^v(t)＝max(0，f₂(SN_ij(t-1)))計算自己的下一時刻狀態(tài)；

②探測鄰域內(nèi)的信道狀態(tài)，若信道空閑，則接收鄰域內(nèi)這些節(jié)點發(fā)送的補丁包；若這個節(jié)點領(lǐng)域有e個獲得安全補丁并在免疫狀態(tài)的節(jié)點，則發(fā)送安全補丁包，在這個時間間隔內(nèi)，有1-(1-α)^e的幾率收到補丁包；節(jié)點每收到一個補丁包后，有β概率進(jìn)入免疫狀態(tài)，則收到g個安全補丁包后治愈的幾率為1-(1-α)^e)(1-(1-β)^g)；其中，g≤e；已感染病毒狀態(tài)的節(jié)點若被治愈則進(jìn)入步驟③，若已感染病毒狀態(tài)的節(jié)點未被治愈，則重復(fù)步驟(2)；

③處在已打上安全補丁的對病毒免疫狀態(tài)的節(jié)點，按下式計算元胞空間中的位置C：

C＝{(i，j)|1≤i≤l，1≤j≤l}

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在獲得安全補丁后的節(jié)點狀態(tài)為SC_ij＝2；

向處在本節(jié)點的元胞鄰域內(nèi)的節(jié)點分發(fā)安全補丁，該節(jié)點的鄰域為改進(jìn)的擴展型摩爾型鄰域，任意節(jié)點C_ij的鄰域為：

$N_{ij}=\sqrt{{(x-i)}^2+(y-j)2}\≤r,(x,y)\∈C$

上式中，r為每個傳感器節(jié)點最大的發(fā)射距離；

隨后該節(jié)點狀態(tài)SC_ij^m(t)＝2并占用鄰域內(nèi)的的信道；

(3)針對正常工作但未打上安全補丁的狀態(tài)的節(jié)點，進(jìn)行基于元胞自動機的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全補丁分發(fā)，包括以下步驟：

①正常工作節(jié)點通過函數(shù)SC_ij^r(t)＝max(1，f₁(SN_ij(t-1)))計算自己下一時刻狀態(tài)。

②探測鄰域內(nèi)的信道狀態(tài)，若信道空閑，則接收鄰域內(nèi)這些節(jié)點發(fā)送的補丁包；若這個節(jié)點領(lǐng)域有e個獲得安全補丁并在免疫狀態(tài)的節(jié)點發(fā)送安全補丁包，在這個時間間隔內(nèi)，有1-(1-α)^e的幾率收到補丁包；收到補丁包后，正常節(jié)點進(jìn)行安全升級，免疫病毒侵害，隨后進(jìn)入步驟③，若未收到補丁包則重復(fù)步驟(3)；

③處在已打上安全補丁的對病毒免疫狀態(tài)的節(jié)點，按下式計算元胞空間中的位置C：

C＝{(i，j)|1≤i≤l，1≤j≤l}

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在獲得安全補丁后的節(jié)點狀態(tài)為SC_ij＝2；

向處在本節(jié)點的元胞鄰域內(nèi)的節(jié)點分發(fā)安全補丁，該節(jié)點的鄰域為改進(jìn)的擴展型摩爾型鄰域，任意節(jié)點C_ij的鄰域為：

$N_{ij}=\sqrt{{(x-i)}^2+(y-j)2}\≤r,(x,y)\∈C$

上式中，r為每個傳感器節(jié)點最大的發(fā)射距離；

隨后該節(jié)點狀態(tài)SC_ij^m(t)＝2并占用鄰域內(nèi)的的信道；

④令V(t)表示在t時刻已被病毒感染的狀態(tài)傳感器節(jié)點的數(shù)量占比，R(t)表示在t時刻處于能正常工作但未打上安全補丁狀態(tài)的傳感器節(jié)點的數(shù)量占比，M(t)表示在t時刻已打上安全補丁對病毒免疫狀態(tài)的傳感器節(jié)點的數(shù)量占比，表示為：

$\left\{\begin{array}{c}V\left(t\right)={\mathrm{\Σ}}_{i,j}(S{C}_{ij}=0)/N\\ R\left(t\right)={\mathrm{\Σ}}_{i,j}(S{C}_{ij}=1)/N\\ M\left(t\right)={\mathrm{\Σ}}_{i,j}(S{C}_{ij}=2)/N\end{array}\right.$

其中，V(t)+R(t)+M(t)＝1。