بخشی از مقاله
چکیده
تکنولوژی شبکه حسگر بیسیم - - WSN در سالهای اخیر توجه زیادی را به خود جلب کرده است و برنامههای کاربردی جدیدی را ایجاد کرده است، ولی با توجه به مقدار محدود منبع انرژی، حافظه، و محدودیتهای محاسباتی، برای طراحی پروتکل به پارادایمهای غیرمتعارف نیاز دارد. از این تکنولوژی در برنامههای کاربردی نظامی، پزشکی، و نظارت بر صنعت و محیط زیست استفاده میَشود.
برای ارتقای این شبکهها به منظور تامین اهدافی مثل افزایش طولعمر، سرعت انتقال اطلاعات، کیفیت سرویس و امنیت، تلاشهای زیادی انجام شده است. یکی از موضوعات چالشبرانگیز در این شبکهها، بررسی حملات امنیتی به لایهی شبکه و یافتن راهحلی برای آنها است. بنابراین ما با استفاده از حداقل مصرف باتری، و با یک الگوریتم ساده، کارآمد و مستحکم باید روشی ایجاد کنیم که بتواند حمله را تشخیص داده و مانع دسترسی مهاجم به شبکه شود تا به اهداف خود برسیم.
هدف از این پژوهش این است که تهدیداتی را که با الگوریتم ژنتیک خوشهبندی در شبکههای حسگر خوشهای تشخیص داده شدند شناسایی کنیم، که باعث طولانی شدن طول عمر شبکه خواهد شد. علاوه بر این، مسیریابی بهینه با استفاده از تابع فازی انجام میَشود. نتایج شبیهُ سازی نشان میدهند که الگوریتم ژنتیک شبیهسازیشده، سرعت تشخیص را افزایش داده و هزینهی مصرف انرژی را بهبود بخشیده است.
.1مقدمه
شبکههای حسگر شامل تعداد زیادی گرههای حسگر بسیار کوچک هستند که برای جمعآوری و پردازش اطلاعات محیطی به کار میروند. این گرههای حسگر بسیار کوچک شامل سه بخش هستند: حسگرها، پردازش اطلاعات، و تبادل اطلاعات - در قالب بیسیم - . یک شبکه حسگر بی سیم دارای تعداد زیادی از سنسورها است که از طریق فرکانس های رادیویی - RF - متصل می شوند. معماری شبکه های حسگر چنین است که اجازه می دهد تا حسگرها به طور تصادفی - یا بدون تظاهر - در یک منطقه توزیع شوند و رویدادها را شناسایی، کنترل و پردازش کنند و در نهایت آنها را به یک ایستگاه به نام سینک وصل کنند
مهمترین ویژگی های طراحی یک شبکه حسگر عبارتند از تحمل گسل، مقیاس پذیری، هزینه های تولید، محدودیت های سخت افزاری، محیط زیست و مصرف انرژی می باشد.
شبکههای حسگر بیسیم به عنوان یک فناوری جدید قدرتمند، در بسیاری از برنامههای کاربردی مانند: عملیات نظامی، سیستم نظارت، سیستم حمل و نقل هوشمند، مورد استفاده قرارگرفتهاند. امنیت، یکی از ملزومات حیاتی بسیاری از برنامههای کاربردی شبکههای حسگر است. با این حال، با قابلیتهای محدود حسگرهای هوشمند - ذخیرهسازی باتری، CPU، حافظه و غیره - ، و محیط توسعهی نامطلوب یک شبکهی حسگر - بدون زیرساخت، بدون حفاظت، بیسیم، ادهاک، و غیره - ، این مشکل خیلی چالشبرانگیز میَ شود.
مهاجم با تبدیل دادهها، نادیده گرفتن پیامها، ارسال گزینشی، ایجاد نویز مخرب و غیره، میتواند به راحتی یک حملهی داخلی انجام دهد. مهاجمین داخلی، خیلی برای عملکرد شبکه مخرب هستند.
یک حسگر ارزانقیمت دارای ظرفیت حافظه محدود و قابلیتهای محاسبهی محدود است و به همین دلیل برای ردیابی و شناسایی حملات داخلی، نمیتواند یک فایل لاگ ایجاد کند. علاوه بر این، با توجه به مقیاس بزرگ شبکهها و معماریهای بدونزیرساخت آنها، ایستگاه مرکزی نمیتواند برای شناسایی گره مهاجم از دادههای جمعآوریشده استفاده کند. برای کاهش قدرت باتری و پهنای باند، یک طرح تشخیص باید طراحی شود که از نظر محلی و محاسباتی، کارآمد باشد. علاوه بر این، تنها منابع موجود برای ردیابی الگوریتمها، فعالیتهای ارتباطی درون یک دامنهی محدود هستند که باعث میشوند در زمینهی تشخیص مهاجم داخلی، یک چالش جدید ایجاد گردد. الگوریتم باید بر اساس دادههای محلی در نظر گرفته شود.
حملات شبکههای حسگر بیسیم را میتوان به حملات لایههای فیزیکی، ارتباطی - کنترل دسترسی به رسانه یا واسط - ، شبکه، انتقال، و کاربردی دستهبندی کرد. حملات را میتوان به دو دستهی داخلی و خارجی نیز تقسیم نمود.[4] کار اصلی شبکههای حسگر بیسیم، حس کردن رویدادهای محیطی و ارسال اطلاعات به ایستگاه پایه برای پردازش بیشتر میباشد. بنابراین مسیریابی یکی از عملیاتهای ضروری در شبکههای حسگر است.تعدادی پروتکل مسیریابی برای شبکههای حسگر پیشنهاد شده است. بنابراین مسیریابی در شبکههای حسگر بیسیم، بهترین روش تامین امنیت و تشخیص حملات در این شبکهها محسوب میشود
شکل:1نمونه ای از خوشه بندی وارسال اطلاعات به سینک
2 .کارهای مرتبط
بسیاری از دانشگاهها و نهادهای پژوهشی تحقیق روی این شبکهها را آغاز کردهاند. اکثر این پژوهشها با کمک مالی DARPA انجام شدهاند. به طور خلاصه، این پروژهها به صورت زیر هستند: ساخت یک سیستم عامل برای گرههای حسگر، ایجاد حسگرهایی با اندازهی خیلی کوچک و حدود یک دلار موسوم به Smart Dust در دانشگاه برکلی، استفاده از گرههای حسگر برای ایجاد محاسبات فراگیر در دانشگاه کارنگی ملون و موسسهی تکنولوژی ماساچوست.
یوان و همکاران[2017] معتقدند الگوریتم ژنتیک در مقایسه با روش های پیشرفته، عمر شبکه و بهبود را تا 43,44٪ افزایش می دهد. تراکم گره تا حد زیادی بر طول عمر شبکه تاثیر می گذارد. با توجه به افزایش فاصله بین گره،با الگوریتم پیشنهادی عمر شبکه معمولا کوتاه می شود.
گوا[2010] و همکاران نشان دادهاند که الگوریتم ژنتیک یک راهحل مناسب برای یافتن مسیر بهینه برای شبکههای حسگر بیسیم است.
یونیس و همکاران[2006] در مورد الگوریتمهای خوشهبندی برای شبکههای حسگر بیسیم مطالعاتی انجام دادند. نتایج نشان میدهند که این خوشهبندی دارای بهترین مسیریابی و طولعمر طولانی برای شبکههای حسگر بیسیم است.
خانا و همکاران[2009] الگوریتم تشخیص نفوذ با پیچیدگی کم در شبکههای حسگر با استفاده از الگوریتم ژنتیک را پیشنهاد کردهاند. این روش پیشنهادی، طول عمر شبکههای حسگر بیسیم را با الگوریتم ژنتیک افزایش میدهد.
مصرف بهینه انرژی در شبکه های سنسور بیسیم از اهمیت زیادی برخوردار است.ازطرفی تعادل بار انرژی برای افزایش طول عمر شبکه های حسگر بی سیم، علاوه بر اطمینان از عملکرد مداوم و اجتناب از وقفه های ارتباطی ناشی از گره های مرده، حیاتی است.
پژوهشهای قبل نشان داده است که با سازماندهی گره های شبکه در تعدادی خوشه، میتوان به کارایی بیشتری از انرژی رسید که به افزایش عمر شبکه منتهی میشود
