无线传感器网络(WSN)安全综述

作者简介: 杨慧（1993.07）,女,大学本科,电子信息工程;E-mail:**************** 收稿日期：2014-04-11；

无线传感网络（WSN ）安全综述

Wireless sensor network (WSN) Security summary

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石家庄经济学院 信息工程学院 河北省石家庄市 邮政编码050031

Shijiazhuang University of Economics ，Information Engineering Department ，City ZipCode 050031

摘要：无线传感器网络是计算机科学技术的一个新的研究领域，作为后PC 时代实现信息收集、传输与处理的重要技术，在军事领域和民用领域均有广泛的潜在用途，是当前技术研究的热点，具有十分广阔的应用前景，已经引起了学术界和工业界的高度重视。无线传感器网络因其资源有限和分布与通信开放性的特点而使得其安全性需求显得极为重要和必要。本文从无线传感器网络的基本概念、体系结构、安全需要、安全协议、可能受到的安全攻击种类等方面进行了较系统的总结，有助于探讨当前无线传感器网络安全方面的研究。

Abstract ：Wireless sensor network is a new field of research in computer science and technology, as a post-PC era to achieve important technical information gathering, transmission and processing, has a wide range of potential uses in military and civilian areas, is a hot current technology research, has very broad application prospects, has attracted great attention in academia and industry. Wireless sensor networks because of its limited resources and the distribution of the characteristics of communication open so that its security requirements is extremely important and necessary. In this paper, the basic con-cept of wireless sensor networks, architecture, security needs, security protocol, may be the kind of security attacks and ot her aspects of a more systematic summary of research to help investigate the current wireless sensor network security.

关键词：无线传感器网络；体系结构；安全需要；安全协议

Key words ：Wireless sensor networks; architecture; security needs; security protocol

1 引言 ….

随着微电子技术和MEMS 技术的不断进步与发展，作为信息获取最基本和最重要的技术——传感器技术，也得到了长足发展。传感器信息获取技术已经从过去的单一化渐渐向集成化、微型化和网络化发展。目前，计算机技术的发展已经进入了后PC 时代，后PC 时代的特点是推动了计算机从桌面系统和数据中心进入到物理环境中。无线传感器网络（WSN ）技术是在上述技术进步的基础之上发展起来的，是一种集监测、控制和无线通信技术于一体的网络系统。传感器网络节点大多搭载一个或多个传感器，感知物理世界。它采用无基础设施组网和多跳的传播，节点既是信息的采集和发出者，又是信息的路由者，具有规模大、自组织、动态性、应用相关、以数据为中心等特点。无线传感器网络与传统的无线网络不同：其一，无线传感器网络节点数目众多，没有全球唯一的网络标识符，在传统的有线、无线网络中，每个节点都有唯一的地址用于路由。传感器网络是以数据为中心的，某些节点之间的路由是不需要的，所以无线传感器网络中不适合采用传统的路由协议。其二，在无线传感器网络中，数据的流向是多对一的，需要的信息大多是来自同一个区域，经过数据融合后，得到所需要的信息，再传送到目的节点——sink 节点，由其统一发给用户。其三，传感器节点电能和存储容量都十分有限。由于被观测对象内部或者附近部署了大量的传感器节点，一个节点中收集到的数据有可能有其它附近节点收集的数据存在。因为这些传感器节点采集的数据是相同或者相近的，即存在冗余信息，传输数据必然会消耗大量的节点能量，因此没有必要将所有数据全部发送给汇聚节点。这就需要路由协议具有数据融合能力，以此提高带宽利用率。其四，在无线传感器网络中，大部分节点不像传统网络中的节点一样快速移动，因此花费很大的代价频繁地更新路由表信息就没有必要了。因为是无线传输，电池供电、覆盖范围和节点生存期会受到一定的限制。所有要解决如何在远处从部署的无线传感器网络中提取数据这个问题。今天大部分网络使用的是IP 协议作为其基础技术，所以，如何实现把WSN 和IP 网络互联网成了当今热门的研究课题。WSN 采用多跳的传播和无基础设施网组，在恶

2 杨慧4111090102 无线传感器网络（WSN）安全综述

劣且偏远的环境(野外、战场)中，在电力系统以及运营通信网络所覆盖不到的地方，传感器网络往往大有用武。依靠计算机等大功率设备对野外目标探测传感器实现实时监控或远程访问是不现实的，而采用低功耗单片机，或者是微控制器组成的系统，以太网供电技术可以在一定范围内拓展覆盖范围，延伸了WSN接入点的作用半径，成为具有实用价值意义的课题。

2 无线传感器网络的基本知识

2.1 无线传感器网络的概述

无线传感器网络（wireless sensor network, WSN）是国际上备受关注的、多科学交叉的新兴前沿研究的热点领域。无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。也指在特定应用环境中布置的传感器节点以无线通信方式组织成网络，完成指定的数据采集工作，节点通过无线传感器网络将数据发送到网络中，并最终由特定的应用接收。

WSN是由大量密集部署在监控区域的智能节点构成的一种网络应用系统，广泛运用于设施安全、环境监控、工业应用、交通控制等方面。与传统的无线Ad hoc网络不同，无线传感器网络节点没有统一的标识，节点之间通过广播，多跳的通信方式进行数据交换，且节点数量大，随机分布，网络拓扑结构随时间动态变化，节点设有各供电电源，能量有限，生命周期短。所以WSN需要研究新的技术，以实现网络能量消耗最小化，节点生命周期最大化，能量负载均衡化以及通信能力最优化的目标。WSN技术涉及的研究领域非常广泛，其中大多集中在网络层的路由协议、链路层的MAC协议、系统节能策略以及同步和定位等共性技术。WSN应用的目标是协作的感知、采集和处理网络覆盖地区中感知对象的信息，并发给观察者，其三个要素是传感器、感知对象和观察者。因此可以说WSN将逻辑上的信息世界与客观上的物理世界融合在一起，改变了人类与自然界的交互方式。

随机分布的传感器、数据处理单元和通信模块的节点通过自组织的方式构成网络，借助节点中内置的多种传感器测量所在周边环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波信号，从而获得温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等方面的信息。一般认为短距离的无线低功率通信技术最适合传感器网络的使用，为明确起见，称之无线传感器网络（WSN.Wireless Sensor Network）。

2.2 无线传感器网络体系结构

无线传感器网络结构如图1-1所示，传感器网络系统通常包括传感器节点（sensor node）、汇聚节点（sink node）和管理节点（management Node）。大量传感器节点部署在检测区域（sensing region）内，以自组织方式构成网络，通过多跳中继方式将检测到的数据传送给汇聚节点，最后通过互联网或卫星到达管理节点。用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理，发布检测任务及收集检测数据。

用户

图1-1 无线传感器网络体系结构

传感器节点是一个微型的嵌入式系统，计算、存储和通信能力非常有限，能量也十分有限。传感器节点除了收行本地信息之外，对其他节点转发来的数据也要进行融合。相比之下，汇聚节点各方面能力要强得多，且具有足够的能量供给。汇聚节点通常与外部网络直接相连，负责发布检测任务管理节点，并把收集到的数据转发给外部网络。

传感器节点一般由数据采集模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成。数据采集模块负责采集和转换数据；处理器模块负责进行数据处理；无线通信模块负责与其他节点进行数据传输；能量供应模块负责提供运行所需的能量，通常采用微型电池。

传感器节点的处理器通常使用嵌入式CPU，如Intel的8086.另外系统还需要一个微型化的操作系统以进行任务调度与管理，如UC Berkeley的TinyOS，嵌入式Linyx等。图1-2描述了传感器节点的体系结构，数据感知单元通过对传感器所在区域进行数据采集和感知，进行模数转换；最后数据处理单元对数据信号进行简单处理后由数据传送单元调制后发射出去。

图1-2 传感器节点体系结构

1. 数据采集模块：由传感器和数模转换装置构成。负责将周围环境的物理现象转换成数字信号，例如测量所在周边环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波信号，从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等众多用户感兴趣的物理现象。数据采集模块将数字世界与物理世界联系起来。

2. 处理器模块：由处理器和存储器构成。负责协调无线传感器各个模块的工作，如对数据采集模块获取信息进行