隨著(zhù)社會(huì )和現代技術(shù)發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)超然而至，得到了很多國家和人民的關(guān)注。物聯(lián)網(wǎng)是基于現有的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展起來(lái)的，它除了融合網(wǎng)絡(luò )、RFID技術(shù)、信息技術(shù)之外，還引入了無(wú)線(xiàn)傳感器技術(shù)，使得M2M型物聯(lián)網(wǎng)有了更深的發(fā)展，而且無(wú)線(xiàn)傳感器技術(shù)結合了嵌入式系統技術(shù)、傳感器技術(shù)、現代網(wǎng)絡(luò )以及無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，所以它本身也是一個(gè)熱點(diǎn)的研究領(lǐng)域。

今天我們就來(lái)了解下無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )。

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )（WSN）是一種分布式傳感網(wǎng)絡(luò )，它的末梢是可以感知和檢查外部世界的傳感器。WSN中的傳感器通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式通信，因此網(wǎng)絡(luò )設置靈活，設備位置可以隨時(shí)更改，還可以跟互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)方式的連接。通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式形成的一個(gè)多跳自組織的網(wǎng)絡(luò )。

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )結構

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )系統通常包括傳感器節點(diǎn)（Sensor node）、匯聚節點(diǎn)（Sink node）和管理節點(diǎn)。


大量傳感器節點(diǎn)隨機部署在監測區域內部或附近，能夠通過(guò)自組織方式構成網(wǎng)絡(luò )。傳感器節點(diǎn)檢測的數據沿著(zhù)其他傳感器節點(diǎn)逐條地進(jìn)行傳輸，在傳輸過(guò)程中檢測數據可能被多個(gè)節點(diǎn)處理，經(jīng)過(guò)多跳后路由到匯聚節點(diǎn)，最后通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或衛星到達管理節點(diǎn)。用戶(hù)通過(guò)管理節點(diǎn)對傳感器網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行配置和管理，發(fā)布監測數據。

傳感器網(wǎng)絡(luò )

處理能力、存儲能力和通信能力較弱，通過(guò)小容量電池供電。從網(wǎng)絡(luò )功能上看，每個(gè)傳感器節點(diǎn)除了進(jìn)行本地信息收集和數據處理外，還要對其他節點(diǎn)轉發(fā)來(lái)的數據進(jìn)行存儲、管理和融合，并與其他節點(diǎn)協(xié)作完成一些特定任務(wù)。

匯聚節點(diǎn)

匯聚節點(diǎn)的處理能力、存儲能力和通信能力相對較強，它是連接傳感器網(wǎng)絡(luò )與Internet外部網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)關(guān)，實(shí)現兩種協(xié)議間的轉換，同時(shí)向傳感器節點(diǎn)發(fā)布來(lái)自管理節點(diǎn)的監測任務(wù)，并把WSN收集到的數據轉發(fā)到外部網(wǎng)絡(luò )上。

管理節點(diǎn)

管理節點(diǎn)用于動(dòng)態(tài)地管理整個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )。傳感器網(wǎng)絡(luò )的所有者通過(guò)管理節點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的資源。

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )主要特點(diǎn)

大規模

為了獲取精確信息，在監測區域通常部署大量傳感器節點(diǎn)，可能達到成千上萬(wàn)，甚至更多。傳感器網(wǎng)絡(luò )的大規模性包括兩方面的含義：一方面是傳感器節點(diǎn)分布在很大的地理區域內，如在原始大森林采用傳感器網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行森林防火和環(huán)境監測，需要部署大量的傳感器節點(diǎn)；另一方面，傳感器節點(diǎn)部署很密集，在面積較小的空間內，密集部署了大量的傳感器節點(diǎn)。

傳感器網(wǎng)絡(luò )的大規模性具有如下優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)不同空間視角獲得的信息具有更大的信噪比；通過(guò)分布式處理大量的采集信息能夠提高監測的精確度，降低對單個(gè)節點(diǎn)傳感器的精度要求；大量冗余節點(diǎn)的存在，使得系統具有很強的容錯性能；大量節點(diǎn)能夠增大覆蓋的監測區域，減少洞穴或者盲區。

自組織

在傳感器網(wǎng)絡(luò )應用中，通常情況下傳感器節點(diǎn)被放置在沒(méi)有基礎結構的地方，傳感器節點(diǎn)的位置不能預先精確設定，節點(diǎn)之間的相互鄰居關(guān)系預先也不知道，如通過(guò)飛機播撒大量傳感器節點(diǎn)到面積廣闊的原始森林中，或隨意放置到人不可到達或危險的區域。這樣就要求傳感器節點(diǎn)具有自組織的能力，能夠自動(dòng)進(jìn)行配置和管理，通過(guò)拓撲控制機制和網(wǎng)絡(luò )協(xié)議自動(dòng)形成轉發(fā)監測數據的多跳無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統。

在傳感器網(wǎng)絡(luò )使用過(guò)程中，部分傳感器節點(diǎn)由于能量耗盡或環(huán)境因素造成失效，也有一些節點(diǎn)為了彌補失效節點(diǎn)、增加監測精度而補充到網(wǎng)絡(luò )中，這樣在傳感器網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)個(gè)數就動(dòng)態(tài)地增加或減少，從而使網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構隨之動(dòng)態(tài)地變化。傳感器網(wǎng)絡(luò )的自組織性要能夠適應這種網(wǎng)絡(luò )拓撲結構的動(dòng)態(tài)變化。

動(dòng)態(tài)性

傳感器網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構可能因為下列因素而改變：①環(huán)境因素或電能耗盡造成的傳感器節點(diǎn)故障或失效；②環(huán)境條件變化可能造成無(wú)線(xiàn)通信鏈路帶寬變化，甚至時(shí)斷時(shí)通；③傳感器網(wǎng)絡(luò )的傳感器、感知對象和觀(guān)察者這三要素都可能具有移動(dòng)性；④新節點(diǎn)的加入。這就要求傳感器網(wǎng)絡(luò )系統要能夠適應這種變化，具有動(dòng)態(tài)的系統可重構性。

可靠性

WSN特別適合部署在惡劣環(huán)境或人類(lèi)不宜到達的區域，節點(diǎn)可能工作在露天環(huán)境中，遭受日曬、風(fēng)吹、雨淋，甚至遭到人或動(dòng)物的破壞。傳感器節點(diǎn)往往采用隨機部署，如通過(guò)飛機撒播或發(fā)射炮彈到指定區域進(jìn)行部署。這些都要求傳感器節點(diǎn)非常堅固，不易損壞，適應各種惡劣環(huán)境條件。

由于監測區域環(huán)境的限制以及傳感器節點(diǎn)數目巨大，不可能人工“照顧”每個(gè)傳感器節點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò )的維護十分困難甚至不可維護。傳感器網(wǎng)絡(luò )的通信保密性和安全性也十分重要，要防止監測數據被盜取和獲取偽造的監測信息。因此，傳感器網(wǎng)絡(luò )的軟硬件必須具有魯棒性和容錯性。

以數據為中心

互聯(lián)網(wǎng)是先有計算機終端系統，然后再互聯(lián)成為網(wǎng)絡(luò )，終端系統可以脫離網(wǎng)絡(luò )獨立存在。在互聯(lián)網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò )設備用網(wǎng)絡(luò )中惟一的IP地址標識，資源定位和信息傳輸依賴(lài)于終端、路由器、服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò )設備的IP地址。如果想訪(fǎng)問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)中的資源，首先要知道存放資源的服務(wù)器IP地址�？梢哉f(shuō)現有的互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)以地址為中心的網(wǎng)絡(luò )。

傳感器網(wǎng)絡(luò )是任務(wù)型的網(wǎng)絡(luò )，脫離傳感器網(wǎng)絡(luò )談?wù)搨鞲衅鞴濣c(diǎn)沒(méi)有任何意義。傳感器網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)采用節點(diǎn)編號標識，節點(diǎn)編號是否需要全網(wǎng)惟一取決于網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議的設計。由于傳感器節點(diǎn)隨機部署，構成的傳感器網(wǎng)絡(luò )與節點(diǎn)編號之間的關(guān)系是完全動(dòng)態(tài)的，表現為節點(diǎn)編號與節點(diǎn)位置沒(méi)有必然聯(lián)系。用戶(hù)使用傳感器網(wǎng)絡(luò )查詢(xún)事件時(shí)，直接將所關(guān)心的事件通告給網(wǎng)絡(luò )，而不是通告給某個(gè)確定編號的節點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò )在獲得指定事件的信息后匯報給用戶(hù)。這種以數據本身作為查詢(xún)或傳輸線(xiàn)索的思想更接近于自然語(yǔ)言交流的習慣。所以通常說(shuō)傳感器網(wǎng)絡(luò )是一個(gè)以數據為中心的網(wǎng)絡(luò )。

例如，在應用于目標跟蹤的傳感器網(wǎng)絡(luò )中，跟蹤目標可能出現在任何地方，對目標感興趣的用戶(hù)只關(guān)心目標出現的位置和時(shí)間，并不關(guān)心哪個(gè)節點(diǎn)監測到目標。事實(shí)上，在目標移動(dòng)的過(guò)程中，必然是由不同的節點(diǎn)提供目標的位置消息。

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )安全問(wèn)題

安全路由

通常，在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中，大量的傳感器節點(diǎn)密集分布在一個(gè)區域內，消息可能需要經(jīng)過(guò)若干節點(diǎn)才能到達目的地，而且傳感器網(wǎng)絡(luò )具有動(dòng)態(tài)性和多跳結構，要求每個(gè)節點(diǎn)都應具備路由功能。由于每個(gè)節點(diǎn)都是潛在的路由節點(diǎn)，因此更易受到攻擊，使網(wǎng)絡(luò )不安全。網(wǎng)絡(luò )層路由協(xié)議認為整個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )提供了關(guān)鍵的路由服務(wù)，安全的路由算法會(huì )直接影響無(wú)線(xiàn)傳感器的安全性和可用性。安全路由協(xié)議一般采用鏈路層加密和認證、多路徑路由、身份認真、雙向連接認證和認證廣播等機制，有效提高網(wǎng)絡(luò )抵御外部攻擊的能力，增強路由的安全性。

安全協(xié)議

在安全保障方面主要有密匙管理和安全組播兩種方式。

密匙管理：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )有諸多限制，例如節點(diǎn)能力限制，使其只能使用對稱(chēng)密匙和技術(shù)；電源能力限制，應使其在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中盡量減少通信，因為通信的耗電將大于計算的耗電；傳感器網(wǎng)絡(luò )還應考慮匯聚等減少數據冗余的問(wèn)題。在部署節點(diǎn)錢(qián)，將密匙先配置在節點(diǎn)中，通常，預配置的密匙方案通過(guò)預存的秘密信息計算會(huì )話(huà)密匙，由于節點(diǎn)存儲和能量的限制，預配置密匙管理方案必須節省存儲空間和減少通信開(kāi)銷(xiāo)。

安全傳播：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )可能設置在敵對環(huán)境中，為了防止供給者向網(wǎng)絡(luò )注入偽造信息，需要在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中實(shí)現基于源端認證的安全組播。