26、无线传感器网络：架构、安全与MAC协议解析

无线传感器网络：架构、安全与MAC协议解析

1. 无线传感器网络的空间多样性与架构比较

无线传感器网络（WSN）通过采用网状网络实现空间多样性。在网状网络中，原始消息可以根据流量负载和中间节点的可用性，通过不同路径传递到网关。这种网络还能适应不断变化的通信需求。

在自动化和控制领域，测量和控制策略随着技术的升级而快速变化。过程工业中有五个层次结构，分别是设备或传感器层、I/O层、控制层、工厂内联网和人机界面（HMI）层以及企业层。

与传统和基于现场总线的系统相比，无线网络的主要优势在于没有有线连接。这带来了维护更少、成本更低、人力部署更少等好处。然而，无线网络也需要防范窃听、相邻信道的射频干扰，确保无论传感器是静态还是移动的都能保持连接，并且由于WSN的功率限制，需要极低的功耗。

2. 无线传感器网络的安全问题

2.1 安全漏洞与挑战

WSN容易受到外部恶意攻击，如网络钓鱼。由于传感器节点的资源限制、传输线路的性质以及网络工作的不受控环境，这种网络很容易受到攻击。在设计WSN时，需要考虑以下几点：
- 它是一个无基础设施的能量受限网络，在可用能量、传输范围、内存容量和计算能力方面都有限。
- 通常，WSN包含大量节点，为每个节点提供安全保障在实际操作中具有挑战性。
- 攻击者可以轻松窃听并插入节点到网络中。
- 为众多节点设计软件，以及在网络扩展时添加节点或删除突然失效的节点，对软件工程师来说是一项重大挑战。
- 非对称加密非常昂贵，因此WSN中通常使用对称加密。

2.2 加密技术

加密技术确保了发送者和接收者之间的安全