随着传感技术、无线通信技术和微电子技术的不断进步,无线传感器网络日益普及,在环境、工业、军事和家居等领域应用广泛。网络可实时感知和收集目标区域内客观对象信息,提高了人类认识客观世界的能力。传感器资源受限一直制约无线传感器网络的发展,因此如何减少网络能耗、保证网络安全运行是无线传感器网络的关键研究内容,拓扑控制和入侵检测技术可以在一定程度上满足无线传感器网络的节能和安全需求。博弈论作为研究竞争现象的数学理论,为无线传感器网络提供了一个新颖的研究思路,被许多学者应用于拓扑控制和入侵检测的研究中。本文以无线传感器网络的节能与安全需求为出发点,结合博弈论方法,对拓扑控制和入侵检测相关问题展开了深入研究。(1)利用非合作博弈研究高效节能和具备容错的网络拓扑结构。传感器能量有限且不易恢复,部署环境复杂,这要求网络拓扑具有较低的能耗和一定的容错能力。针对这些需求,基于非合作博弈,在效用函数的设计中权衡了网络连通性、功率和能量等因素之间的关系,建立拓扑控制博弈模型,理论证明该博弈存在纳什均衡,在此基础上提出了一种节能容错拓扑控制博弈算法(EFTCG)。该算法满足拓扑控制节能和容错的需求,实现了网络拓扑自适应。算法在单连通下具有良好节能效果,有效延长了网络的生存时间;在双连通下具有较好的容错性能和较长的网络生命周期。(2)利用演化博弈理论构建合理的入侵检测攻防演化博弈模型,解决入侵检测系统效率和能耗均衡问题。入侵检测系统的运行需要一定的计算资源和能量开销,而传感器本身的电池能量、计算能力和存储能力都非常有限。要有效使用入侵检测系统必须考虑网络资源受限的特性,选择合适的策略来配置系统。为此,从有限理性假设出发,应用演化博弈对入侵检测的攻防过程进行分析。首先利用最优反应动态机制对恶意传感器的行为进行分析,可知恶意传感器节点总是会对簇头发起攻击,那么簇头应总是开启入侵检测系统进行防御。在此分析基础上利用复制动态方程分析多种攻击方式下攻防双方策略的演化趋势,提出入侵检测系统的最优防御策略选取算法,入侵检测系统会根据攻防演化规律主动动态地调整检测策略来进行有效防御。该算法在保证检测率的前提下,减少了能量消耗,实现了系统性能和网络能耗的均衡,确保整个网络能够长久安全的工作。