23、无线传感器网络与物联网中的能量收集及转发行为检测

无线传感器网络与物联网中的能量收集及转发行为检测

在无线传感器网络（WSNs）和物联网（IoT）中，能量收集技术的应用为节点提供了自我可持续的能力，但同时也面临着各种挑战，特别是节点的转发行为异常检测问题。本文将深入探讨相关的系统模型、对抗模型、不同场景下的攻击以及多种检测策略。

1. 转发行为检测技术的局限性

许多转发行为检测技术要求节点长时间处于活跃状态，这会消耗大量能量，因此无法直接应用于电池供电的网络。而且，由于节点的通信活动跨越多个网络层，各层嵌入的算法和通信协议不能相互冲突。例如，IEEE 802.11在其介质访问控制（MAC）层规范中支持节能机制（PSM），节点可在活跃模式（AM）和节能模式（PS）之间切换。但看门狗（Watchdog）技术与链路层嵌入的PSM冲突，尽管看门狗并非为与PSM协同工作而设计，但在资源受限环境中，节点的通信活动仍需考虑能量消耗问题。

2. 转发行为检测策略分类

转发行为的检测策略主要分为以下三类：
- 监测类 ：通过观察节点间的通信活动、网络流量大小或信道质量/状况，检查是否存在转发异常或网络异常。
- 确认类 ：在源节点和目的节点之间指定一组节点，观察其下一跳节点的转发操作，若检测到事件或异常行为，则向源节点发送确认（Ack）包。
- 诱导类 ：节点向恶意节点隐藏或伪造其通信活动，以引出恶意节点的转发异常行为。

大多数转发行为检测方法不仅要求节点长时间处于活跃状态，还需通过监听来监测通信活动，同时会产生大量控制包，消耗额外的电池能量。不过，对于采用充电