无线传感器络简明教程(第二版)第4章.ppt

4.3 数据融合 我们将各种传感器直接给出的信息称作源信息，如果传感器给出的信息是已经数字化的信息，就称作源数据，如果给出的是图像就是源图像。源信息是信息系统处理的对象。 源信息、传感器与环境之间的关系： 4.3.1 多传感器数据融合概述 数据融合的定义： 4.3.1 多传感器数据融合概述 4.3.1 多传感器数据融合概述 数据融合的内容： 数据融合的主要作用可归纳为以下几点： (1) 提高信息的准确性和全面性。 (2) 降低信息的不确定性。 (3) 提高系统的可靠性。 (4) 增加系统的实时性。 ? 由于传感器网络节点的资源十分有限，在收集信息的过程中，如果各个节点单独地直接传送数据到汇聚节点，则是不合适的，主要原因如下： (1) 浪费通信带宽和能量。 (2) 降低信息收集的效率。 4.3.2 传感器网络中数据融合的作用 数据的信息含量进行分类 与应用层数据语义的关系进行分类 操作的级别进行分类 数据融合技术 4.3.3 数据融合技术的分类 (1) 综合平均法 (2) 卡尔曼滤波法 (3) 贝叶斯估计法 (4) D-S证据推理法 (5) 统计决策理论 (6) 模糊逻辑法 (7) 产生式规则法 (8) 神经网络方法 4.3.4 数据融合的主要方法 根据类SQL语言进行网内处理的示例 4.3.5 传感器网络应用层的数据融合示例 4.4 能量管理 传感器节点通常由四个部分组成：处理器单元、无线传输单元、传感器单元和电源管理单元。其中传感器单元能耗与应用特征相关，采样周期越短、采样精度越高，则传感器单元的能耗越大。 由于传感器单元的能耗要比处理器单元和无线传输单元的能耗低得多，几乎可以忽略，因此通常只讨论处理器单元和无线传输单元的能耗问题。 4.4.1 能量管理的意义 1、休眠机制 休眠机制的主要思想是，当节点周围没有感兴趣的事件发生时，计算与通信单元处于空闲状态，把这些组件关掉或调到更低能耗的状态，即休眠状态。 4.4.2 传感器网络的电源节能方法 2、数据融合 数据融合的节能效果主要体现在路由协议的实现上。路由过程的中间节点只转发有用的信息。数据融合有效地降低了整个网络的数据流量。 4.5 安全机制 4.5.1 传感器网络的安全问题 网络安全一直是网络技术的重要组成部分，加密、认证、防火墙、入侵检测、物理隔离等都是网络安全保障的主要手段。 1、通信安全需求 4.5.1 传感器网络的安全问题 被动抵御入侵的能力 主动反击入侵的能力 节点的安全保证 2、信息安全需求 信息安全就是要保证网络中传输信息的安全性。对于无线传感器网络而言，具体的信息安全需求内容包括： 4.5.1 传感器网络的安全问题 传感器网络的安全问题和一般网络的安全问题相比而言，它们的 出发点是相同的，都需要解决如下问题： 4.5.1 传感器网络的安全问题 传感器网络安全问题的解决方法与传统网络安全问题不同，主要原因如下： 4.5.1 传感器网络的安全问题 (1) 有限的存储空间和计算能力 (2) 缺乏后期节点布置的先验知识 (3) 布置区域的物理安全无法保证 (4) 有限的带宽和通信能量 (5) 侧重整个网络的安全 (6) 应用相关性 1、物理层 物理层面临的主要问题是无线通信的干扰和节点的沦陷，遭受的主要攻击包括拥塞攻击和物理破坏。 4.5.2 传感器网络的安全设计分析 2、链路层 4.5.2 传感器网络的安全设计分析 3、网络层 4.5.2 传感器网络的安全设计分析 这种攻击通常需要两个恶意节点相互串通，合谋进行攻击。在通常情况下一个恶意节点位于sink(即簇头节点)附近，另一个恶意节点离sink较远。较远的那个节点声称自己和sink附近的节点可以建立低时延和高带宽的链路，从而吸引周围节点将数据包发给它。在这种情况下，远离sink的那个恶意节点其实也是一个Sinkhole。 Wormhole攻击示意 4.5.2 传感器网络的安全设计分析 4、传输层 由于传感器网络节点的内部资源条件限制，节点无法保存维持端到端连接的大量信息，而且节点发送应答消息会消耗大量能量，因此目前关于传感器节点的传输层协议的安全性技术并不多见。 4.5.2 传感器网络的安全设计分析 5、应用层 在应用层，密钥管理和安全组播为整个传感器网络的安全机制提供了安全基础设施，它主要集中在为整个传感器网络提供安全支持，也就是密钥管理和安全组播的设计技术。 SPINS安全协议族是最早的无线传感器网络的安全框架之一，包含了SNEP(Secure Network Encryption Protocol)和μTESLA(m