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计算机科学 > 信息论

arXiv:1502.00116 (cs)
[提交于 2015年1月31日 ]

标题: 窃听攻击下工业无线传感器网络的拦截行为分析

标题: Intercept Behavior Analysis of Industrial Wireless Sensor Networks in the Presence of Eavesdropping Attack

Authors:Yulong Zou, Gongpu Wang
摘要: 本文研究了在存在窃听攻击者的情况下,由汇聚节点和多个传感器组成的工业无线传感器网络(WSN)的拦截行为,其中传感器通过无线链路将感知信息传输到汇聚节点。 由于无线电波传播的广播特性,从传感器到汇聚节点的无线传输很容易被窃听者截获。 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)信道容量与窃听链路(从传感器到窃听者)信道容量之间的差值。 如果由于无线衰落效应导致保密容量变为非正数,那么传感器的数据传输可能会被窃听者成功截获,在这种情况下会发生拦截事件。 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会使无线衰落剧烈波动,从而导致保密容量下降。 因此,本文提出了一种最优的传感器调度方案,以保护合法的无线传输免受窃听攻击,其中调度保密容量最高的传感器将其感知信息传输到汇聚节点。 推导了传统轮询调度和所提出的最优调度方案中拦截事件发生概率(称为拦截概率)的闭式表达式。 此外,还进行了渐近拦截概率分析,以深入了解传感器调度对无线安全的影响。 数值结果表明,所提出的传感器调度方案在拦截概率方面优于传统的轮询调度。
摘要: This paper studies the intercept behavior of an industrial wireless sensor network (WSN) consisting of a sink node and multiple sensors in the presence of an eavesdropping attacker, where the sensors transmit their sensed information to the sink node through wireless links. Due to the broadcast nature of radio wave propagation, the wireless transmission from the sensors to the sink can be readily overheard by the eavesdropper for interception purposes. In an information-theoretic sense, the secrecy capacity of the wireless transmission is the difference between the channel capacity of the main link (from sensor to sink) and that of the wiretap link (from sensor to eavesdropper). If the secrecy capacity becomes non-positive due to the wireless fading effect, the sensor's data transmission could be successfully intercepted by the eavesdropper and an intercept event occurs in this case. However, in industrial environments, the presence of machinery obstacles, metallic frictions and engine vibrations makes the wireless fading fluctuate drastically, resulting in the degradation of the secrecy capacity. As a consequence, an optimal sensor scheduling scheme is proposed in this paper to protect the legitimate wireless transmission against the eavesdropping attack, where a sensor with the highest secrecy capacity is scheduled to transmit its sensed information to the sink. Closed-form expressions of the probability of occurrence of an intercept event (called intercept probability) are derived for the conventional round-robin scheduling and the proposed optimal scheduling schemes. Also, an asymptotic intercept probability analysis is conducted to provide an insight into the impact of the sensor scheduling on the wireless security. Numerical results demonstrate that the proposed sensor scheduling scheme outperforms the conventional round-robin scheduling in terms of the intercept probability.
评论: 8页,IEEE工业信息学汇刊,2015
主题: 信息论 (cs.IT)
引用方式: arXiv:1502.00116 [cs.IT]
  (或者 arXiv:1502.00116v1 [cs.IT] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.1502.00116
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Yulong Zou Dr. [查看电子邮件]
[v1] 星期六, 2015 年 1 月 31 日 14:53:17 UTC (556 KB)
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