无线传感器网络数据融合的安全性研究

【前言】无线传感器网络数据融合的安全性研究由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。无线传感器网络系统在运行状态下主要的能源消耗有两个方面，即数据处理和信息通讯。其中信息通讯所需的能源消耗量要远高于数据处理，因此无线传感器节点需要特别注意本地的数据处理过程，尽量减小数据传送的距离，可有效降低无线传感器的能源消耗。 普通传感器的数据...

[摘 要] 计算机技术和无线通讯技术的快发展带动了低功耗传感器研发的进步，逐步实现可集成信息收集、数据处理和无线通讯于一体的小型传感器。无线传感器网络（简称WSN）通常由布置在可控监测范围以内多组微型传感器构成，采用无线通讯的模式组成一个多跳自组的网络系统，主要功用体现在对可控监测范围以内感知对象的协作感知、信息收集和数据处理三个方面。在无线传感器应用中，我们经常需要面对网络数据融合安全性的问题，笔者在本文中将针对无线传感器网络数据融合的安全性展开研究与讨论。

[关键词] 无线传感器； 网络数据融合； 安全性； 研究

众所周知，基于微机电系统的微小传感技术和节点间无线通讯技术为无线传感器网络拓广了应用空间。在无线传感器网络中，联合数据融合技术既可以节省能源，也可以提高系统数据收集及处理的效率。通常讲，无线传感器网络数据融合包含两方面内容，即信息的隐秘性和信息的完整性，都是研究无线传感器的关键。无线传感器网络数据融合的安全性研究初具成效，但仍需进一步深入研究。下文将以此展开。

1、无线传感器网络数据融合简介

与普通计算机网络不尽相同的是，构成WSN系统的节点部分以电池供电，并配置完整的传感器元件，该系统具有数据处理和小范围的无线通讯功能。但是，传感器系统节点的通讯性能、数据处理能力和电源续航能力具有一定局限性，为确保准时且精确获得数据信息，必需依仗节点部分的协作。大部分传感器节点仅利用低功耗无线通讯手段联成网络方可发挥系统的整合作用。由此可见，普通网络在寻求高品质服务的同时，WSN系统则将关注目光放置于无线传感器节点部分的供电续航方面。

无线传感器网络系统在运行状态下主要的能源消耗有两个方面，即数据处理和信息通讯。其中信息通讯所需的能源消耗量要远高于数据处理，因此无线传感器节点需要特别注意本地的数据处理过程，尽量减小数据传送的距离，可有效降低无线传感器的能源消耗。

普通传感器的数据融合可以实现不同知识源和原始数据的融合，观测过程较为直观。而WSN系统中，数据融合更为关键，可大量节省系统的能源消耗和提升数据收集和数据处理的效率。WSN系统的数据融合和普通传感器的数据融合有诸多不同，归纳如下：

（1）普通传感器的数据融合可利用拓宽检测覆盖范围和强化系统抗干扰性能来加强鲁棒性。WSN系统则主要通过提升数据收集的效率，并基于网内实现运行。由于无线传感器系统的节点处于恶劣环境下或系统电池能源即将耗尽会造成系统失效问题，所以稳定性好和适应能力强的无线传感器是实现WSN系统数据融合的基本条件；

（2）普通传感器的数据融合主要针对的是多目标数据关联问题，而WSN系统多组节点会产生通讯干扰且监测元件精确度不足，因而WSN更需注意解决数据收集与处理的相关二义性；

（3）WSN系统中节点部分的电池能源十分有限，且节点部分完成数据发送和数据接收所需的能源消耗量要远高于完成数据处理和存储的能源消耗量 ，因此WSN系统的数据融合必需考虑到节点部分和电池供电之间的供需平衡。

WSN系统的数据融合其实是基于人脑对复杂问题进行思考及处理的一种模拟仿真。在WSN系统中，多组传感器可输出的信息具有不同特征，如模糊或确定、时变或非时变、实时或非实时、可靠或非可靠以及相互支持或相互矛盾等等。与人脑对复杂问题进行思考及处理的过程相同，WSN系统数据融合过程是基于多组传感器节点进行数据收集和数据处理，进而输出有效且符合于用户需求的结果，主要目的是提升系统数据收集和数据处理的效率，一定程度上也可减少无线网络的通信量，供电能耗利用更为有效，也就是说WSN系统的生命周期更长。

2、无线传感器网络数据安全融合的安全性

按照无线传感器所接收的业务类型，可以将无线传感器网络分为两种，即同步型式和异步型式。同步型式的无线传感器网络依托对待测区域持续不间断地监控，收集的监测数据仅需在某个特点时间段内被授权的节点中进行读取，也就是说无线传感器节点应该具有在无线网络中存储数据的作用。通常情况下，无线传感器的节点主要布置在待监测环境中，而无线传感器采集到的监测数据可存储于节点中。上文提到，无线传感器节点部分的存储容量是有限的。因此，WSN系统相较于普通传感器来讲，更具挑战性。

本文基于TmyOS平台来构建WSN网络模型。WSN网络模型在TmyOS平台上展现的是100组节点于可视化界面中的模拟模型，每10组节点分为一组，在特定时间段内10组节点分配四种不同角色。部分汇聚节点于本模型中不作为真正意义上的汇聚节点，仅作为其他三种角色中的一种，感知节点则主要行使将感知节点采集的数据发送至转发节点或直接发送至汇聚节点中。

安全的数据融合过程其实质是如何在数据融合中利用加解密手段保障收集、传送和处理数据的安全性。通常，较为常见的加解密手段有两种，即逐跳加密（HBH）数据融合法和端到端加密数据融合法（ETE）。因本文篇幅所限，下文对两种不同的加解密手段将不作阐释。

无线传感器网络一般被布置在敌对环境中，传感器节点部分非常容易受到物理捕获攻击，如节点妥协等。如果出现无线传感器节点部分受妥协攻击，攻击者可获取此节点部分的控制权限。由此可见，在无线传感器网络数据融合中，如何做到使用最少的节点妥协减少对整个网络系统的影响，这一点凸显出无线传感器网络于安全性能方面的考虑要非常慎重。

3、结束语

无线传感器网络通常被布置于公共环境下，数据收集、传送、处理和存储都极容易受到攻击，因而在数据融合方面必须要提高安全性能。无线传感器网络引入数据融合可以提高数据收集的效率、节省能源和延长生命周期，这些都对无线传感器网络的设计及应用具有显著意义。由于我国对无线传感器网络采用数据融合手段的研究仍未成熟，有关无线传感器网络数据融合中的容错性问题、鲁棒性问题和数据相关的二义性问题都没有得到妥善解决，可见无线传感器网络数据融合安全方面仍存隐患，在未来尚需深入研究。而本文对无线传感器网络数据融合的安全性进行研究，笔者用意仅作参考。

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[3] 张书奎，崔志明，龚声蓉等；基于Bayes 序贯估计的无线传感器网络数据融合算法[J]；电子与信息学报；2009，（03）.