物联网环境下无线传感器网络安全问题研究

王荟珺

摘要：物联网是信息化时代的重要代表，也是新型信息技术的重要内容。物联网，顾名思义，就是将物与物紧密相连的一种互联网。在物联网技术中，传感器网络是很关键的内容。传感器网络节点工作环境通常十分复杂、苛刻，稍不留神就会导致传感器网路面临许多安全隐患。这就需要加强无线传感器网络安全。因此，开展无线传感器网络的安全性研究，增强防范很有必要。

关键词：物联网；无线传感器网络；安全

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2019）06-0031-03

1 背景

目前，无线传感器网络在物联网的支持下得到迅速发展。无线传感器网络可以随时为人们传递所需信息，摆脱时间与空间的束缚。无线传感器网络的应用范围十分广泛，为物联网的发展奠定坚实的基础。由于无线传感器网络的节点部署环境通常十分恶劣，因此，有必要研究无线传感器网络的安全性，方可减少安全威胁与网络攻击。

2 物联网与无线传感器网络概述

物联网的基础是互联网，在互联网的支持下，物联网可借助多种技术实现信息资源共享。无线传感器网络最大的特征是感知，主要的工具是传感器。利用传感器可以有效感知外部环境，再借助无线网络对信息进行传输，方满足用户需求。无线传感器网络的安全性必须要得到重视，因为支持其运行的是技术含量颇高、结构复杂的配备，一旦出现问题，后果不堪设想。物联网的发展离不开无线传感器网络，人们能够实现迅速交流同样与其密切相关。

3 提高无线传感器网络安全的必要性

物联网是一种新型产业，广泛用于网络融合之中。可以将无线网视作互联网功能的延伸，又可以将物联网作为一种重要的应用。支持物联网运行的基础就是传感网技术。无线传感器网络在物联网的环境下，可以有效实现对信息的搜集与处理，再为用户提供所需内容[1]。无线传感器网络会有其固定的监测区域，主要是利用多个传感器节点进行工作。传感器网络与物联网的融合是传感器行业实现可持续发展的关键，进一步扩大传感器的应用范围。在这种情况下，就需要进一步提高无线传感器网络的安全性。尽管传感器网络能够实现对信息的高效搜集与处理，但是其无线通信信道的安全性却有待进一步提高，防御措施不到位，致使网络在运行的过程中会面临许多安全威胁与恶意攻击。传感器节点的工作环境十分恶劣，加之对各节点缺乏有效保护，就可以给各路攻击者以可乘之机，只需采取有效手段即可手机传感器节点的信息，并对信息进行篡改。由此可见，提高无线网络传感器的安全很有必要。

4 物联网环境下的无线传感器网络分析

4.1 网络通信协议

为了保证网络通信正常进行，就要结合网络协议的各项要求，合理控制网络。如果网络通信协议不完善，不统一，就会影响网络正常运行，导致信息无法顺利传输。因此，必须要明确网络通信协议，完善协议内容，明确各项规定，为物联网环境下的无线传感器网络通信运行提供有效参考依据。首先，为了更好地传输各类信息，要完善TCP和IP协议[2]。第二，进一步完善路由协议。第三，为了避免节点消耗，要加强对每个节点的高效利用，依据路由协议要求，提高网络传输效率。进行信息与数据处理时，要进一步完善网络协议和路由协议规定内容。由于数据处理工作至关重要，因此，必须要满足无线传感器网络与物联网的需求。

4.2 网络拓扑控制

进行网络拓扑控制时，首先要对网络进行物理布局，使网络结构能够实现有序衔接，发挥出传输设备的作用。为了保证网络拓扑的合理性，就要结合网络运行的实际情况，采取有效手段提高信息传输效率。可通过节点对线路中的冗余部分一一消除，最大程度保证传输质量。保证网络拓扑合理，还要对其进行有效控制，便于无线传感器网络正常运行。传感器的节点可用对网络节点进行控制，这样就形成有层次感的网络拓扑结构，实现信息高效传输。

4.3 网络安全技术

毫无疑问，在无线传感器网络中，安全问题必须要放在第一位。尽管物联网技术正在不断进步，人们在交流时会变得更加方便，但却很容易泄露隐私，或者出现信息被盗取的情况。这主要就是由于网络安全不完善。在无线传感器网络中具有相对完善的安全机制，这样就可以保证信息在传输的过程中能够得到有效保护。同时，先进的网络加密技术可以为信息传输架设“双保险”。此外，还有水印技术、消息认证等多种先进的网络安全技术为无线传感器网络安全保驾护航[3]。

4.4 网络定位技术

网络定位技术能够实现精确定位，满足用户需求。网络定位技术体现出网络信息的交互特征，常见的技术是GPS。该技术能够对目标位置实现准确定位，只不过，由于GPS涉及诸多问题，其应用范围比较狭窄，更多是在专有的客户端上发挥作用。无线传感器网络能够实现精确定位，应用成本低，可大大满足用户需求[4]。无线传感器网络主要是利用测距定位与非测距定位法锁定目标位置，不过，这两种方式各有利弊。前者成本高，定位十分精确；后者成本低，定位精确度远逊于前者。

4.5 数据融合技术

无线传感器网络要借助先进的数据融合技术实现對数据的融合与控制。为了实现资源的有效配置，可利用节点实现配置，为数据融合技术的应用提供多重保障。无线传感器网络可以对不同应用场景和控制对象的不同节点传输数据进行融合，最大程度提高数据传输效果，满足用户需求。由于节点的成本较低，因此，可直接利用节点融合数据，剔除无用信息，保证数据传输更加顺利。

5 无线传感器网络特征

物联网之所以得到飞速发展，除了得益于互联网的大力支持外，还离不开无线传感器网络的作用。无线传感器网络可以实现与互联网的无缝对接，迅速适应互联网的安全机制要求，不妨碍信息正常传输，并且，这一类网络有自身的特点，从而保证物联网具备更多功能。

5.1 节点能量不足

在无线传感器网络中，节点数量很多，分布范围广，加之体积小，成本低，面临的环境比较复杂，在运行的过程中，很容易出现各种问题，或者因能量不足而直接报废。支持节点工作的电池不能及时更换，也无法充电，如果节点电池大规模没电，就意味着网络会出现问题。

5.2 新旧节点交替带来多种变化

传感器的节点会在特定的监测区域中发挥作用。这些景点大多分布得较为密集，数量极大，只为获得更加精准的信息，从而满足用户的需求。由于节点的能量有限，成本低廉，在原有的节点基础之上，会不断添加新的节点。当旧的节点报废后，虽然新的节点可以继续发挥作用，但还是会改变无线通信链路宽带，影响信息传输的通畅性，从而导致网络拓扑结构发生变化[5]。

5.3 任务型网络

无线传感器利主要是利用感知功能实现对数据的传输和处理，通过传感器节点实现对数据的一系列处理，融入先进的数据融合技术提高信息传输的通畅性。无线传感器的网络的布置与开展与网络设备的预设有直接关系，节点的能够利用网络协议与分布式算法协调工作，保证网络顺利运行。这充分体现出无线传感器网络的任务型特点。

5.4 利用无线信道实现通信

无线传感器网络的通信渠道离不开无线信道，因此，在布置节点时，一般会选择开放程度比较强的区域中，从而进一步提高网络的安全性与可靠性。

6 无线传感器网络的安全要求

为了提高无线传感网络的安全性，就要了解其使用的意义和价值。由于大量节点部署在较差的环境下，因此，要提高安全系数，实现节点安全通信。传统的安全技术已不能满足现代无线传感器网络的运行，一是因为无线传感器网络涉及多种资源，二是由于无线传感器网络有其独有的特点，以及对安全的特定要求。

6.1 完善的认证机制

如果传感器网络的认证机制不完善，就会给攻击者以可乘之机，在不通过认证的情况下攻击网络。因此，在网络中要设置完善的认证机制，保证发送和接收节点与通信节点实现彼此通信。

6.2 健全的保密机制

无线传感器网络在进行信息传输的过程中，需要加强通信的保密性，这样才能保证数据不回被其他节点破解和读取。要进一步完善保密机制，保证消息以加密的方式发送到信道中，使信息可以得到完整传输，不会遭到泄露[6]。

6.3 可扩展性

部署节点时，网络强大的可扩展性可以使节点部署数量不断提高，从而进一步扩大网络规模。同时，在增加节点时，还不会增加通信开销，保证网络安全。

6.4 信息的完整性

在无线传感器网络中不仅要设置完善的认证机制与保密机制，还要对数据的完整性进行鉴别。通常会采用消息认证码的方式确认信息的真实性。当前，无线传感器网络的安全问题主要体现在接收人员无法确定数据与信息是否正确，也无法断定信息在传输过程中是否有恶意节点的拦截，导致信息被篡改。也就是说，提高无线传感器网络的安全不仅要防止攻击者，还要对信息传输过程的节点进行控制，保证数据完整，显而易见，消息认证码是一种有效的检验方式。

7 提高无线传感器网络安全建议

7.1 分析网络安全功能，应用加密技术

为了提高无线传感器网络安全，就要在满足用户需求的前提下，加强对网络安全的维护。要明确无线传感器的安全功能集，再对网络安全的功能进行分析，保证功能完善。要分析攻击者的行为，了解其攻击的手法，这样就可以采取有效的对策。常见的攻击方式是通过接收机窃听无线传感器网络系统，对信息进行盗取和篡改。因此，要采取道高一尺魔高一丈的方法加密无线传感器，提高网络通信数据的安全，避免攻击者窃听、盗取信息，降低损失[7]。

将加密技术与无线传感器网络相结合就能够避免供给人员窃听无线链路。数据链路中的内容还可以阻止攻击者篡改网络信息。在网络层中应用加密技术，可以保护路由不会被篡改。除了加密技术之外，还有多種多样的认证技术与密钥管理相结合，保证数据得到高效、完整传输，提高信息安全。在采用加密等技术时，要考虑到节点中的资源限制问题，可采用轻量化计算方法。

7.2 提高路由安全，应用认证技术

在无线传感器网络安全中，需要进一步提高路由安全。路由是网络中的基础设备，工作人员要设置完善的路由协议，提高路由对各路攻击的抵抗能力，进一步保证网络安全运行。设置安全路由时，要遵循完善的安全机制，比如广播半径限制、信任模型等。

除了路由安全之外，还要在无线传感器网络中应用先进的认证技术。目前，认证技术主要包括两种：第一种是信息认证技术，该技术主要是确定信息源的身份、信息的完整性；避免信息源身份非法，或者信息在中间节点处被伪造和篡改；第二种是实体认证技术，该技术主要是对路由进行保护，提高路由安全，避免非法节点侵占路由，篡改信息。实体认证主要包括直接确定法和间接确认法。直接确认主要是确定可信任节点后，直接将其添加即可；间接确认主要是判断其他节点确认节点是否可信。在应用认证技术时，同样需要采取轻量化算法。

8 结束语

无线传感器网络在物联网中起到非常重要的作用，需要高度重视这一网络的应用安全，实现对信息的安全传输与接收。目前，无线传感器网络还出于进一步发展过程中，其安全性有待进一步提升，该文通过分析物联网环境下的无线传感器网络安全问题与措施，指出加密技术与认证技术应用的必要性，旨在规避攻击者对网络形成的攻击行为与数据篡改行为，实现无线传感器网络安全运行。

参考文献：

[1] 汪烁， 丁露. 物联网无线传感器网络标准化现状与需求分析[J]. 中国标准化， 2018（21）： 69-73， 79.

[2] 薛国超. 无线传感器网络与物联网的应用研究[J]. 智能建筑与智慧城市， 2018（9）： 71-72.

[3] 吴健. 物联网技术在安全管理中的应用[J]. 信息系统工程， 2018（9）： 78.

[4] 徐拓. 面向物联网的无线传感器网络研究[J]. 时代农机， 2018， 45（7）： 249.

[5] 顾鹏. 一种物联网无线传感器网络数据包路由转发设计[J]. 信息与电脑：理论版， 2018（12）： 3-6.

[6] 李刚. 船舶无线传感器网络中物联网技术的应用[J]. 舰船科学技术， 2018， 40（6）： 178-180.

[7] 易月娥. 面向物联网的无线传感器网络关键技术研究[J]. 长沙民政职业技术学院学报， 2017， 24（4）： 118-121.

【通联编辑：谢媛媛】