—10—
无线传感器网络安全协议的研究
王东安1,张方舟1,秦刚1,南凯2,阎保平2
(1. 中国科学院计算技术研究所,北京 100080;2. 中国科学院计算机网络信息中心,北京 100080
摘要:介绍了无线传感器网络的体系结构,以及传感器网络的应用前景。分析和总结了无线传感器网络的安全问题。还介绍了一种适用于无线传感器网络的安全协议:SPINS ,并对其中的密钥管理进行改进,引入了一种低能耗的密钥管理协议。最后阐述了下一步的工作重点。
关键词:无线传感器网络;低功耗;安全协议
Research of Security Protocol in Wireless Sensor Network
WANG Dongan 1, ZHANG Fangzhou 1, QIN Gang 1, NAN Kai 2, YAN Baoping 2
(1. Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080; 2. Computer Network Information Center, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080
【Abstract 】This paper introduces the architecture of wireless sensor network, forecasts application area of wireless sensor network. Some secure problems about wireless sensor network are summarized. Then, SPINS, a security protocol of wireless sensor network, is introduced. The key management of SPINS is improved by introducing a low-energy key management protocol. Emphases of future work are laid out. 【Key words 】Wireless sensor network; Low energy; Security protocol
计算机工程Computer Engineering 第31卷第21期
Vol.31 № 21 2005年11月
November 2005
·博士论文·
文章编号:1000—3428(200521—0010—04
文献标识码:A
中图分类号:TP393
1 概述
随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟,具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器开始在世界范围内出现。由于传感器网络的巨大应用价值,它已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的极大关注。Intel 、Microsoft 等信息工业界巨头也开始了传感器网络方面的研究工作,纷纷设立或启动相应的行动计划。
1.1 无线传感器网络的应用
无线传感器网络集成了传感器、微机电系统和网络3大技术,是一种全新的信息获取和处理技术。它能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息,并对这些信息进行处理,获得详尽而准确的信息,传送到需要这些信息的用户。传感器网络可以使人们在任何时间、地点和任何环境条件下获取大量详实而可靠的信息。
无线传感器网络系统可以被广泛地应用于军事领域、环境科学、医疗健康、空间探索、交通管理、制造业、反恐、抗灾等领域。
1.2 传感器节点
在不同的应用中,传感器网络节点的组成不尽相同,但传感器一般是由数据采集、数据处理、数据传输和电源这4部分组成。被监测的物理信号的形式决定了传感器的类型、数据采集的方式。处理器通常选用嵌入式CPU ,如Motorola 的
68HC ,ARM 公司的ARM7和Intel 的8086等。数据传输单元主要由低功耗、短距离的无线通信模块组成,比如RFM 公司的TR1000等。因为需要进行较复杂的任务调度与管理,系统需要一个微型化的操作系统,UC Berkeley 为此专门开发
了TinyOS [8]
,另外uCOS-II 和嵌入式Linux 也可以作为传感器网络的操作系统。图1描述了节点的组成。其中实心箭头的方向表示数据在节点中的流动方向。
图1 传感器网络节点的组成
1.3 无线传感器网络体系结构
在无线传感器网络中,节点是通过飞行器散播、人工埋植或火箭弹射等方式任意散落在被监测区域内。节点以自组织形式构成网络,如图2所示。数据通过基站转送到有线网络。
作者简介:王东安(1974—,男,博士生,主研方向:信息安全,分布式环境下信任管理;张方舟、秦刚,博士生;南凯,副研究员;阎保平,博士后、研究员、博导
收稿日期:2004-09-27 E-mail :wda@
网络节点分为3类:传感器节点(Sensor nodes,基站节点(base station nodes和命令节点(command nodes。传感器节点负责感应物理数据,把这些数据传送给其所属的
基站节点。基站节点担任无线传感器网络和有线网络的网关。命令节点是控制传感器网络的运行的节点。
通过部署传感器,基站节点通过集群(Clustering处理,把自己周围的传感器节点划入到自己控制的范围内。这样一个cluster包含一个基站节点,基站节点是cluster 中传感器的网关,基站负责收集cluster内的传感器节点收集的数据。1.4 无线传感器网络的特点与问题
无线传感器网络具有以下一些特点,这些特点带来了挑战性的问题: