【正文】 、傳感器單元和電源管理單元。 休眠機制 休眠機制的主要思想是，當節(jié)點周圍沒有感興趣的事件發(fā)生時，計算與通信單元處于空閑狀態(tài)，把這些組件關掉或調到更低能耗的狀態(tài)，即休眠狀態(tài)。 無線收發(fā)器狀態(tài) 能耗 /mW 發(fā)送 接收 空閑 睡眠 Slide 71 物聯(lián)網技術概論 （ 2）專門的節(jié)點功率管理機制 ① 動態(tài)電源管理 動態(tài)電源管理 (DPM)的工作原理是，當節(jié)點周圍沒有感興趣的事件發(fā)生時，部分模塊處于空閑狀態(tài)，應該把這些組件關掉或調到更低能耗的狀態(tài) (即休眠狀態(tài) )，從而節(jié)省能量。 Slide 72 物聯(lián)網技術概論 ② 動態(tài)電壓調度 對于大多數(shù)傳感器節(jié)點來說，計算負荷的大小是隨時間變化的，因而并不需要節(jié)點的微處理器在所有時刻都保持峰值性能。 Slide 73 物聯(lián)網技術概論 數(shù)據(jù)融合 數(shù)據(jù)融合的節(jié)能效果主要體現(xiàn)在路由協(xié)議的實現(xiàn)上。 Slide 74 拓撲控制算法（ LEACH) ? LEACH算法： – 簇頭節(jié)點作為一定區(qū)域所有節(jié)點的代理，負責和Sink的通信； – 非簇頭節(jié)點可以使用小功率和簇頭節(jié)點通信； – 簇頭節(jié)點可以對所轄區(qū)域節(jié)點數(shù)據(jù)進行融合，減少網絡中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)； – 簇頭選舉算法的設計，要求保證公平性 構建階段 穩(wěn)態(tài)階段 輪 Slide 75 拓撲控制算法（ LEACH) ? 每個傳感器節(jié)點選擇 [0， 1]之間的一個隨機數(shù)，如果選定的值小于某一個閾值，那么這個節(jié)點成為簇頭節(jié)點，計算如下： ? N表示網絡中傳感器節(jié)點的個數(shù)， k為一個網絡中的簇頭節(jié)點數(shù)， r為已完成的回合數(shù)， G為網絡生存期總的回合數(shù)。 Slide 79 物聯(lián)網技術概論 通信安全需求 (1) 節(jié)點的安全保證 傳感器節(jié)點是構成無線傳感器網絡的基本單元，節(jié)點的安全性包括節(jié)點不易被發(fā)現(xiàn)和節(jié)點不易被篡改。 外部攻擊者雖然無法有效地注入虛假信息，但可以通過竊聽、干擾、分析通信量等方式，為進一步的攻擊行為收集信息，因此對抗外部攻擊首先需要解決保密性問題。由于傳感器網絡不可能阻止節(jié)點被篡改，而且密鑰可能被對方破解，因而總會有入侵者在取得密鑰后以合法身份接入網絡。其次，入侵檢測系統(tǒng)還必須確定入侵節(jié)點的身份或者位置，只有這樣才能在隨后發(fā)動有效攻擊。 ③ 消滅入侵者的能力 。對于無線傳感器網絡而言，具體的信息安全需求內容包括如下： ① 數(shù)據(jù)的機密性 —— 保證網絡內傳輸?shù)男畔⒉槐环欠ǜ`聽。 Slide 83 物聯(lián)網技術概論 相應地，傳感器網絡安全技術的設計也包括兩方面內容，即通信安全和信息安全。 但在另外一些領域，如商業(yè)上的小區(qū)無線安防網絡，軍事上在敵控區(qū)監(jiān)視敵方軍事部署的傳感器網絡等，則對數(shù)據(jù)的采樣、傳輸過程，甚至節(jié)點的物理分布重點考慮安全問題，很多信息都不能讓無關人員或者敵方人員了解。網絡節(jié)點在接收到另外一個節(jié)點發(fā)送過來的消息時，能夠確認這個數(shù)據(jù)包確實是從該節(jié)點發(fā)送出來的，而不是其它節(jié)點冒充的。數(shù)據(jù)本身具有時效性，網絡節(jié)點能夠判斷最新接收到的數(shù)據(jù)包是發(fā)送者最新產生的數(shù)據(jù)包。認證廣播的發(fā)送者是一個，而接收者是很多個，所以認證方法和點到點通信認證方式完全不同。安全引導過程對于傳感器網絡來說是最重要、最復雜，而且也是最富挑戰(zhàn)性的內容，因為傳統(tǒng)的解決安全引導問題的各種方法，由于它的計算復雜性在傳感器網絡中基本上不能使用。 Slide 89 物聯(lián)網技術概論 傳感器網絡安全問題的解決方法與傳統(tǒng)網絡安全問題不同，主要原因如下： (1) 有限的存儲空間和計算能力 (2) 缺乏后期節(jié)點布置的先驗知識 (3) 布置區(qū)域的物理安全無法保證 (4) 有限的帶寬和通信能量 (5) 側重整個網絡的安全 (6) 應用相關性 Slide 90 物聯(lián)網技術概論 傳感器網絡的安全設計分析 物理層 物理層面臨的主要問題是無線通信的干擾和節(jié)點的淪陷，遭受的主要攻擊包括擁塞攻擊和物理破壞。 ② 使用信道監(jiān)聽和重傳機制。 ④ Sybil攻擊（單個惡意節(jié)點不斷的聲明其有多重身份 ）。在通常情況下一個惡意節(jié)點位于 sink(即簇頭節(jié)點 )附近，另一個惡意節(jié)點離 sink較遠。由于傳感器網絡節(jié)點的內部資源條件限制，節(jié)點無法保存維持端到端連接的大量信息，而且節(jié)點發(fā)送應答消息會消耗大量能量，因此目前關于傳感器節(jié)點的傳輸層協(xié)議的安全性技術并不多見。 Slide 96 物聯(lián)網技術概論 傳感器網絡安全框架協(xié)議： SPINS SPINS安全協(xié)議族是最早的無線傳感器網絡的安全框架之一，包含了 SNEP(Secure Network Encryption Protocol)和 μTESLA(micro Timed Efficient Streaming Losstolerant authentication Protoco1)兩個安全協(xié)議。 美國加州大學伯克利分校為 SPINS協(xié)議開發(fā)了模型系統(tǒng)，該系統(tǒng)的實現(xiàn)算法和性能評估結果如表所示。 Slide 97 物聯(lián)網技術概論 SPINS協(xié)議的實現(xiàn)問題與系統(tǒng)性能 SPINS定義的是一個協(xié)議框架，在使用的時候還需要考慮很多具體的實現(xiàn)問題。 Slide 95 物聯(lián)網技術概論 應用層 應用層提供了傳感器網絡的各種實際應用，因而也面臨著各種安全問題。在這種情況下，遠離 sink的那個惡意節(jié)點其實也是一個Sinkhole。 ⑥ HELLO f1ood攻擊（攻擊者使用能量足夠大的信號來廣播路由或其他信息，使得網絡中的每一個節(jié)點都認為攻擊者是其直接鄰居）。 ② 選擇性的轉發(fā)。 ② 信息加密。 Slide 88 物聯(lián)網技術概論 這些安全問題在網絡協(xié)議的各個層次都應該充分考慮，只是側重點不盡相同。安全管理包括安全引導和安全維護兩個部分。 (5) 認證組播 /廣播問題 。網絡節(jié)點在接收到一個數(shù)據(jù)包的時候，能夠確認這個數(shù)據(jù)包和發(fā)出來的時候完全相同，沒有被中間節(jié)點篡改或者在傳輸中通信出錯。所有敏感數(shù)據(jù)在存儲和傳輸?shù)倪^程中都要保證機密性，讓任何人在截獲物理通信信號的時候不能直接獲得消息內容。通信安全保證傳感器網絡內部的數(shù)據(jù)采集、融合和傳輸?shù)然竟δ艿恼＿M行，是面向網絡功能的安全性；信息安全側重于網絡中所傳信息的真實性、完整性和保密性，是面向用戶應用的安全。 ③ 數(shù)據(jù)的完整性 —— 保證數(shù)據(jù)在傳輸過程中沒有被惡意篡改。一般的做法是，在網絡提供的入侵信息引導下，由用戶通過人工方式消滅入侵者。網絡需要具有根據(jù)入侵檢測信息調度網絡正常通信來避開入侵者，同時丟棄任何由入侵者發(fā)出的數(shù)據(jù)包的能力。 Slide 81 物聯(lián)網技術概論 (3) 主動反擊入侵的能力 主動反擊能力是指網絡安全系統(tǒng)能夠主動地限制甚至消滅入侵者，為此需要至少具備以下能力： ① 入侵檢測能力 。另外，要盡量減少入侵者得到密鑰的機會，防止外部攻擊者演變成內部攻擊者。被動防御是指當網絡遭到入侵時網絡具備的對抗外部攻擊和內部攻擊的能力，它對抵御網絡入侵至關重要。 無線傳感器網絡作為一種起源于軍事應用領域的新型無線網絡，主要采用了射頻無線通信組網，它的安全性問題顯得尤為重要。數(shù)據(jù)融合有效地降低了整個網絡的數(shù)據(jù)流量。 動態(tài)電壓調節(jié) (DVS)技術就是利用了這一特點，動態(tài)改變微處理器的工作電壓和頻率，使得剛好滿足當時的運行需求，從而在性能和功耗之間取得平穩(wěn)。在動態(tài)電源管理中，由于狀態(tài)轉換需要消耗一定的能量，并且?guī)в袝r延，所以狀態(tài)轉換策略非常重要。 無線收發(fā)器有四種操作模式：發(fā)送、接收、空閑和休眠。 由于傳感器單元的能耗要比處理器單元和無線傳輸單元的能耗低得多，幾乎可以忽略，因此通常只討論處理器單元和無線傳輸單元的能耗問題。簡單地說，多個短距離跳的數(shù)據(jù)傳輸比一個長跳的傳輸能耗會低些。 Slide 66 物聯(lián)網技術概論 根據(jù)類 SQL語言進行網內處理的示例 ②①( 6 0 4 , 2 4 )房 間 6 0 4③( 6 0 4 , 2 4 )( 6 0 4 , 2 3 )⑤ ( 6 0 2 , 2 2 )⑥ ( 6 0 2 , 2 3 )房 間 6 0 2⑦( 6 0 3 , 2 7 )房 間 6 0 3⑧ ( 6 0 3 , 2 6 )⑨( 6 0 1 , 2 6 )⑩ ( 6 0 1 , 2 5 )1 1 ( 6 0 1 , 2 4 )節(jié) 點 7 ：G r o u p M a x T e m p6 0 1 2 66 0 3 2 7節(jié) 點 8 ：G r o u p M a x T e m p6 0 1 2 66 0 3 2 6節(jié) 點 9 ：G r o u p M a x T e m p6 0 1 2 6房 間 6 0 1Slide 67 物聯(lián)網技術概論 能量管理 能量管理的意義 在無線網絡通信中，能量消耗 E與通信距離 d存在關系： E=kdn，其中 k為常量， 2≤n≤4 。 將訓練好的網絡作為已知網絡，只要將歸一化的多傳感器特征信息作為輸入送入該網絡，則網絡輸出就是被測系統(tǒng)的狀態(tài)結果。通常系統(tǒng)改換或增減傳感器時，其規(guī)則要重新產生。建立標準檢測目標和待識別檢測目標的模糊子集是此方法的基礎。這種方法是貝葉斯方法的擴展，因為貝葉斯方法必須給出先驗概率，證據(jù)理論則能夠處理這種由不知道引起的不確定性，通常用來對目標的位置、存在與否進行推斷。當傳感器組的觀測坐標一致時，可以用直接法對傳感器測量數(shù)據(jù)進行融合。 例如，應用卡爾曼濾波器對 n個傳感器的測量數(shù)據(jù)進行融合后，既可以獲得系統(tǒng)的當前狀態(tài)估計，又可以預報系統(tǒng)的未來狀態(tài)。 如果對一個檢測目標進行了 k次檢測，則綜合平均的結果為： 其中， Wi為分配給第 i次檢測的權重。 Slide 57 物聯(lián)網技術概論 數(shù)據(jù)融合的主要方法 (1)