智能建筑中無線傳感器網絡安全研究

蘭 麗（蘭州交通大學 電子與信息工程學院，甘肅 蘭州 730070）

智能建筑中無線傳感器網絡安全研究

蘭 麗（蘭州交通大學 電子與信息工程學院，甘肅 蘭州 730070）

近年來，隨著智能建筑在全世界范圍內的大力建設以及智能建筑的不斷發展，無線傳感器網絡系統基于其自身強大的適用性，開始不斷向智能建筑的應用滲透，并逐漸成為現今人們研究的熱點。本文圍繞智能建筑中無線傳感器網絡的安全問題開展了研究工作，并提出了有效的網絡節點計算定位方法，以確保系統在使用時的安全問題。

智能建筑；無線傳感器；網絡安全；節點計算

1 引 言

隨著時代的發展，人們對居住環境的舒適性以及智能性的要求越來越高，在這種前提下，智能建筑應運而生，同時，為了使人們獲得最舒適的生存環境，各種新技術不斷在其設計建設中得到應用，在眾多新技術中，無線傳感器網絡系統由于其在使用時體積小、組網方便等優點，受到了人們最廣泛的應用與研究。通過這種新型的網絡系統可以建成成本低、高效率的網絡智能家居終端，這種終端的建立極大程度上方便了人們的生活。但由于這種無線傳感網絡的大量應用，在應用時，其無線傳輸信道以及無線傳感器網絡極易受到多種攻擊，因而，如何為網絡系統終端創造一個相對安全的工作環境，已成為無線傳感器網絡在智能建筑中應用的關鍵[1]。

2 智能建筑中無線傳感器網絡的特點

圖1 無線傳感器網絡結構

無線傳感器網絡最早在20世紀80、90年代被美軍研究并應于軍事管理系統中，通常情況下無線傳感器網絡結構如圖1所示[2]。通過研究發現相關性強是無線傳感器網絡在應用中最突出的特點，當其應用于智能建筑中的應用網絡結構圖如圖2所示。網絡在應用時通過對無線網絡控制信號的傳輸以及環境信息的采集，通過對終端節點進行控制以使得建筑內設備進行自動控制，達到智能建筑構建的最終目的。智能建筑設備監控網絡技術應該具有如下特點及使用難點。

圖2 智能建筑監控網絡結構圖

2.1 建設周期短，費用少

通常而言，智能建筑在網絡建設過程中，占用其施工周期最長同時又對周邊環境影響最大的就是綜合布線系統，但是由于無線傳感器網絡中的傳感器節點安放位置并不受安放位置的限制，只要在無線網信號覆蓋區域內的任一位置該網絡的節點均都可以接入網絡。因而，通過無線傳感器網絡的使用可以大大減少在智能建筑建設過程中由于控制系統網絡重新布線而帶來的大量工作。同時，由于該網絡系統的接入并不需要對建筑原有網絡線路進行重新布置，這就在一定程度上大大減少了系統設置以及改造的費用。

2.2 網絡使用壽命長，可以進行人工維護

通常情況下網絡的使用壽命都很短，但由于無線傳感器網絡系統中其節點能量可以進行補充，這就大大增加了系統的使用壽命。同時，無線傳感器網絡系統用于智能建筑的應用時，其不僅可以通過采用人工安裝的方法在建筑中裝設傳感器節點也可以通過人工的方式對傳感器節點的電池進行更換以及維修，這就增加了無線傳感器網絡系統在智能建筑中應用時的便利性[3]。

2.3 網絡系統存在安全問題

由于網絡環境的復雜性使得安全問題也是無線傳感器網絡系統在應用時主要要面對的一大問題，也是系統能否完全應用于智能建筑中的關鍵因素。以前建筑中的網絡通常控制一個在封閉的環境中，在工作的過程中各控制系統中間并不存在相互通信，也沒有與外網連通，因而網絡受到攻擊的可能性幾乎并不存在，但近年來隨著網絡應用的增多，同時智能建筑被內部系統日益復雜，使得無線傳感器網絡受到外界攻擊的可能性越來越大，網絡安全問題也變得日益重要。同時，如果系統在使用過程中系統安全被破壞，此時若發生火災等事故，那么檢測到的火災的數據極有可能無法傳到樓宇的控制中心，使得人身財產受到嚴重的損害。

3 智能建筑中無線傳感器網絡安全定位機制的研究

智能建筑中無線傳感器網絡使用效能的發揮主要仍依靠于系統傳感器節點所反饋的信息。但由于節點都是人工部署的，其數量繁多，對每個節點進行人工或定位控制都是不現實的。除此之外，由于放置于建筑物內的網絡節點都是在開放環境中，因而其極易受到攻擊。為了保障系統的正常工作，就要對系統的網絡節點定位進行安全性分析。

3.1 節點定位安全機制的研究現狀

由于系統在使用過程中，相對而言系統節點對抵抗外部攻擊而言，其抗破壞能力較強。因而，現今對節點安全定位機制的相關研究主要是加強其抵抗內部攻擊上面，主要的方法也是采取多種手段通過加強節點的定位精度以減少系統所受的攻擊。

3.2 智能建筑中傳感器節點的安全定位方法

狹小和封閉是智能建筑物內環境的主要特點，同時由于建筑物內的墻壁以及家具等的設置使得無線信號的傳播也會受到一定影響，因而普通的定位法并不適用于智能建筑中的無線傳感器網絡，在這種背景下安全定位法被應用于智能建筑中的傳感器節點定位。

該應用算法是利用節點的網絡密鑰鏈對信標節點身份進行認證，通過用中位數為每個信標節點分配一個權重值，用該中位數在使用時的異常抵抗對系統節點精度帶來的影響。其主要定位過程分為以下四個階段，即認證密鑰預置階段、計算未知節點與每個信標節點的最小跳數階段、計算每跳的平均距離和信標節點的權重值階段以及未知節點的自身位置計算階段，通過四個階段的分析計算，即可對系統中的節點進行精確定位[4]。

3.3 智能建筑中傳感器節點定位安全性能分析

這種算法用于定位計算時所需的計算量以及通信量都不是很大，完全可以有效應用于智能建筑中無線傳感器網絡定位中，通過這種安全計算方法，系統中每個節點都可以進行安全定位并收到認證報文，如果想對傳感器節點網絡進行攻擊只能通過捕獲該節點的密鑰信息后才可以進行攻擊。因而，通過這樣的定位方法可以有效抵抗外攻擊，保證系統網絡安全。

4 結 語

隨著智能建筑的建設數量不斷增多，需要對建筑內部的監測也越來越多，同時隨著無線傳感器網絡的發展，基于其使用中的多種優點該系統大量的應用于智能建筑內部監測，本文圍繞智能建筑中無線傳感器網絡安全進行了研究，找出了有效抵抗外部攻擊保證系統安全的節點定位法，希望對后續研究提供一定的借鑒。

[1]賴昨江，王漫，尹京苑．無線傳感器網絡安全研究綜述 ．電子測量技術． 2010, 33(12):72～78．

[2]閆麗麗，彭代淵，高悅翔．傳感器網絡安全協議的分析和改進．通信學報 ．2011,32(5):139～145．

[3]單建昌，劉瑞金．無線傳感器網絡在智能建筑中的應用[J]．物流工程與管理，2010（7）：12-13．

[4]李平，林亞平，曾瑋妮．傳感器網絡安全研究[N]．軟件學報，2011(12): 2577-2588．

Research on the security of wireless sensor network in intelligent building

In recent years, with the construction of intelligent buildings in the world and the development of intelligent building,for its powerful based on wireless sensor network system,began to penetrate to the application of intelligent building,and gradually become a hot topic of today’s research． In this paper,the security of wireless sensor networks in intelligent buildings is studied,and an effective method to calculate the location of network nodes is proposed to ensure the security of the system in use．

intelligent building；wireless sensor；network security；node calculation

TP212

B

1003-8965（2017）01-0045-02