窃听攻击下工业无线传感器网络的截获行为分析

本文研究了存在窃听攻击者时，由一个汇聚节点和多个传感器组成的工业无线传感器网络 (WSN) 的截获行为，其中传感器通过无线链路将其感知信息传输至汇聚节点。由于无线电波传播的广播特性，传感器到汇聚节点的无线传输很容易被窃听者截获以用于窃听目的。从信息论的角度来看，无线传输的保密容量是主链路（从传感器到汇聚节点）的信道容量与窃听链路（从传感器到窃听者）的信道容量之差。如果由于无线衰落效应导致保密容量变为非正值，传感器的数据传输可能会被窃听者成功截获，此时即发生截获事件。然而，在工业环境中，机械障碍物、金属摩擦和发动机振动的存在使得无线衰落剧烈波动，导致保密容量下降。因此，本文提出了一种最优传感器调度方案，以保护合法无线传输免受窃听攻击，该方案调度具有最高保密容量的传感器将其感知信息传输至汇聚节点。推导了传统轮询调度和所提最优调度方案下截获事件发生概率（称为截获概率）的闭式表达式。此外，还进行了渐近截获概率分析，以深入洞察传感器调度对无线安全的影响。数值结果表明，就截获概率而言，所提出的传感器调度方案优于传统的轮询调度方案。