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采用压缩感知和GM(1,1)的无线传感器网络异常检测方法
  • ISSN号:0253-987X
  • 期刊名称:《西安交通大学学报》
  • 时间:0
  • 分类:TP393[自动化与计算机技术—计算机应用技术;自动化与计算机技术—计算机科学与技术]
  • 作者机构:[1]西安航空学院电子工程学院,西安710077, [2]西北工业大学计算机学院,西安710072
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(61401499);陕西省教育厅科研计划项目资助(16JK1395).
中文摘要:

针对当前无线传感器网络(WSNs)异常检测算法的检测准确率较低同时影响网络能耗均衡的问题,提出了一种基于改进压缩感知(CS)重构算法和智能优化GM(1,1)的WSNs异常检测方法。首先,通过建立双层异质WSNs异常检测模型,并采用压缩感知技术对上层观测节点收集到的下层检测节点温度测量数据进行处理,同时结合温度数据稀疏度未知特点,构造有效的稀疏矩阵和测量矩阵,并重新定义测量矩阵正交变换预处理策略,使得CS观测字典满足约束等距(RIP)条件;其次,重新定义了离散蜘蛛编码方式,蜘蛛种群不断协同进化,以获得稀疏结果中非零元素的位置信息,利用最小二乘法得到非零元素的幅度信息,实现了对未知数量检测节点数据的精确重构。在此基础上可以由蜘蛛种群迭代进化得到优化后GM(1,1)的参数序列,通过检测参数序列的相关阈值来判定节点是否发生异常。实验仿真结果表明,与OMP-IGM等异常检测方法相比,该方法的异常检测准确率提高了约7%~33%,网络能耗降低了约18%~43%。

英文摘要:

A new anomaly detection scheme for wireless sensor networks (WSNs) based on an improved reconstruction method of compressed sensing (CS) and the intelligent optimizing GM (1, 1) is proposed to improve the accuracy of existing anomaly detection algorithms and to reduce the network energy consumption. A double WSNs heterogeneous anomaly detection model is established, and the CS technology is used to process the upper observation nodes data collected from lower detection nodes. An effective sparse matrix and a measurement matrix are constructed by combining the anomaly detection model characteristics, then an orthogonal transformation pretreatment strategy is redefined for the measurement matrix such that the observation dictionary of CS satisfies the restricted isometry property (RIP). Since the data sparsity for CS is unknown, a new CS reconstruction algorithm based on discrete social spider optimization algorithm is proposed to realize the accurate reconstruction of the detection node data, and an improved GM (1, 1) intelligent optimization scheme for anomaly detection is designed to achieve a reliable prediction of abnormal nodes in the network. The parameters of GM (1, 1) are optimized through the iteration of the spider population, and abnormalities of nodes are determined by detecting the relevant thresholds of the parameter sequences. Experimental simulation results and comparisons with other anomaly detection algorithms show that the accuracy of the proposed scheme increases by about 7% to 33%, and the network energy consumption reduces by about 18% to 43%.

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期刊信息
  • 《西安交通大学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中华人共和国教育部
  • 主办单位:西安交通大学
  • 主编:陶文铨
  • 地址:西安市咸宁西路28号
  • 邮编:710049
  • 邮箱:xuebao@mail.xjtu.edu.cn
  • 电话:029-82668337 82667978
  • 国际标准刊号:ISSN:0253-987X
  • 国内统一刊号:ISSN:61-1069/T
  • 邮发代号:52-53
  • 获奖情况:
  • 美国《工程索引》(EI光盘版)定期收录的中文期刊,《中文核心期刊目录总览》综合类核心期刊,科技部《科技论文统计与分析》统计源,《中国科学引文数据库》刊源,获全国高校优秀科技期刊一等奖,“百种中国杰出学术期刊”称号,中国期刊方阵“双效”期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),美国数学评论(网络版),德国数学文摘,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:27275