无线传感器网络综述（网安）.doc

:本文介绍了无线传感器网络的概念、特点、通信结构及其安全需求,并对其应用过程中可能遇到的攻击方式和相应的抵御方法做了简单介绍。指出了无线传感器网络今后的研究方向及最新研究动态。关键词:无线传感器网络;网络协议栈;传感器节点;多跳路由0 引言近年来随着传感器、计算机、无线通信及微机电等技术的发展和相互融合,产生了无线传感器网络(WSN, works。无线传感器网络技术与当今主流无线网络技术使用同一个标准——,它是一种新型的信息获取和处理技术。无线传感网络综合了嵌入式计算技术、传感器技术、分布式信息处理技术以及通信技术,能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的不同监测对象的信息。它的应用极其广泛,当前主要应用于国防军事、智能建筑、国家安全、环境监测、医疗卫生、家庭等方面。无线传感器网络系统(WSNS,wireless workssystem通常由传感器节点、聚节点和管理节点组成。它的结构图如图1。传感器节点负责将所监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输, 经过多跳路由,然后到达汇聚节点,最后通过卫星或者互联网到达管理节点,然后,用户1通过管理节点对传感器网络进行管理,发布监测任务及收集监测数据。通过无线传感器网络可以实现数据采集、数据融合、任务的协同控制等。图1 无线传感网络系统结构图1 无线传感器网络特点目前常见的无线网络包括移动通信网、Ad Hoc 网络、无线局域网、蓝牙网络等,与这些网络相比,无线传感器网络具有以下特征:(1硬件资源有限由于受到价格、硬件体积、功耗等的限制,WSN节点的信号处理能力、计算能力有限,在程序空间和内存空间上与普通的计算机相比较,其功能更弱。(2电源容量有限由于受到硬件条件的限制,网络节点通常由电池供电,电池能量有限。同时,无线传感网络节点通常被放置在恶劣环境或者无人区域,使用过程中,不能及时给电池充电或更换电池。(3无中心无线传感器网络中没有严格的中心节点,所有节点地位平等,是一个对等式网络。每一个节点仅知道自己邻近节点的位置及相应标识,无线传感器网络利用相邻节点之间的相互协作来进行信号处理和通信,它具有很强的协作性。(4自组织网络的布设和展开不需要依赖于任何预设的网络设备,节点通过分层协议和分布式算法协调各自的监控行为,节点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的无线网络。(5多跳路由在无线传感器网络中,节点只能同它的邻居直接通信。如果想与其射频覆盖范围之外的节点进行数据通信,则需要通过中间网络节点进行路由。无线传感器网络中的多跳路由是由普通网络节点来完成的,没有专门的路由设备。(6动态拓扑无线传感器网络是一个动态的网络,节点能够随处移动;一个节点可能会因为电池能量用完或其他故障原因,退出网络运行;一个节点也可能由于某种需要而被添加到当前网络中。这些都会使网络的拓扑结构发生变化,因此无线传感器网络具有动态拓扑组织功能。(7节点数量多,分布密集为了对一个区域执行监测,往往需要很多的传感器节点被放置到该区域。传感器节点分布非常密集,通常利用节点之间高度连接性来保证系统的抗毁性和容错性。2 无线传感器网络协议栈无线传感器网络协议栈由以下五部分组成:物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层,与互联网协议栈的五层协议相对应,其结构如图2。作者简介:唐启涛(1982-,男,南华大学计算机科学与技术学院2006级硕士研究生,研究方向:计算机网络与信安全。陶滔(1969-,男,网络教研室主任、副教授,硕士生导师,研究方向:计算机网络安全。 物理层物理层主要负责感知数据的收集,并对收集的数据进行采样、信号的发送和接收、信号的调制解调等任务。在物理层中的主要安全问题是建立有效的数据加密机制。由于对称加密算法的局限性,它不能在WSN中很好的发挥作用,因而如何使用高效的公钥算法是WSN有待解决的问题。 数据链路层数据链路层主要负责媒体接入控制和建立网络节点之间可靠通信链路,为邻居节点提供可靠的通信通道,主要由介质访问控制层组成。介质访问控制层使用载波监听方式来与邻节点协调使用信道,一旦发生信道冲突,节点使用相应的算法来确定重新传输数据的时机。无线传感器网络的介质访问控制协议通常采用基于预先规划的机制来保护节点的能量。 网络层网络层的主要任务是发现和维护路由。正常情况下,无线传感器网络中的大量传感器节点分布在一个区域里,消息可能需要经过多个节点才能到达目的地,且由于传感器网络的动态性,使得每个节点都需要具有路由的功能。节点一般采用多跳路由连接信源和信宿。 传输层由于无线传感器网络节点的硬件限制,节点无法维持端到端连