无线传感器网络抗毁性策略研究

江玉才

(六安职业技术学院 安徽六安 237158)

网络技术的发展带来了信息和资源的共享，但由于网络的安全运营和信息的安全来源没有保证，网络容易受到病毒和其他故障的干扰从而影响人们的使用安全。无线传感器网络的抗毁性策略则就是专门为解决这种病毒感染和排除故障而产生的，它的制定和实施能够使得无线传感器网络在出现故障时能够进行自我恢复和适应，并对信息的正常输送提供可能。文章将通过分析无线传感器网络抗毁性的拓扑演化、网络重建以及路由控制3种主要策略，促进无线传感器网络在硬件设施和软件设施上的双管齐下，全面提升网络环境。

1无线传感器网络系统环境安全的需求特征

1.1信息的真实性和可靠性

通过互联网，人们可以查询到各种各样的广泛的信息，各取所需，并可利用互联网不断的进行信息的传递和分享，而人们同时也可以将自己手中的信息进行上传并传播扩散，从而实现资源的双向流通。但是这些网络信息的内容包罗万象，繁复庞杂，来源也不统一，再加上在上传的时候没有精密网络的严格筛查和甄选，导致这些信息的真实性和可靠性无从考究，无法得到保证。人们只能用自己的一双火眼金睛认真的加以甄别和判断，取其精华去其糟粕，利用那些对自己有价值和信息，忽略那些虚假信息。

1.2信息的安全性

信息安全中最重要的就是要重视信息的机密性、可用性和完整性。机密性就是要维护信息的私密性，未经授权人授权不能私自外传。因此，无线传感器网络控制必须做到在授权允许的范围内仅由授权人有权利对信息进行操作和访问以及最后的流通处理，这就要求信息数据的合理授权和机密传输得到控制。再者，必须确保网络上公开的信息不受他人的随意改动，不得恶意利用网络进行信息的扭曲，尊重和保护信息提供者的隐私和人身安全。

2网络系统信息受损的主要类型

2.1随机性和无目的性

网络系统的安全和信息总会受到各种各样的损害和破坏而且这种损害都是随机性的，没有目的性。损坏的原因很多，既有人为的操作不当造成的信息受损，也有软件自身的升级不够引起的网络漏洞、硬盘老化等硬件故障，甚至自然环境的变化例如受热时间过长等各种随机因素都有可能造成网络环境和网络信息的受损。

2.2指向性选择

指向性选择是指对于网络信息和系统的破坏具有明确的目标，通常在获取了众多的网络信息后，会对信息有着整体的筛选，根据事先设置好的信息目标或者根据信息节点的受关注程度或重要程度进行系统自动选择，从而造成网络系统和信息的破坏。这种情况带有明显的人为破坏性和恶意损害的特征，因而十分容易被网络恶势力和不法分子所利用。因此，必须加强对于信息节点的重要程度的控制，例如设置度、紧密度、介数、特征向量等指标，而度是使用起来最简单也是最广泛的，图1是以WSN图表的重要性，表1是不同节点和不同中心化测度的数据比较分析。

图1 WSN图

节点度中心度紧密度中心度介数中心度特征向量中心度WSN介数中心度20.2300.5650.6150.5901.0003、40.4610.5200.6410.6900.5005-140.0690.3510.0000.2550.071

如图1所示，第1个节点是代表为中心节点，其余节点都是普通的传感器节点。如果连接中心节点与其他普通节点的第2节点一旦受到损害而停止工作，则其他剩余的所有节点则全部无法停止工作。而节点3或4出现故障，则网络中有一半的节点还可以正常运行，并结合表1中数据的具体分析，突出了节点2在中心度中发挥的重要作用。

2.3组织性受损

所谓的组织性受损，就是将关注的焦点不再放置于数据网络的节点是否能够正常工作，而是主要考察节点能否将所接受的信息和数据传送到中心节点。这种受损情况往往不是单一存在的，必须同时有指向性和随机性等多种受损情况一起发生。

3网络系统信息受损的主要原因

3.1网络能源消耗

无线传感器网络的能量是有限的，因此在运转的过程中存在一定的能源消耗。具体表现在两个方面，通讯消耗和运转中的监听消耗，也就是通常意义上的电池耗尽。每一个网络数据节点在刚开始工作和投入使用的时候都具有自己的原始能量，后来在不断的工作中，节点会因为持续的监听信息或数据的检测而进行能源的消耗。而中心节点是能源消耗最大的节点，它承担着最重要的信息检测和数据分析的功能，因而发生故障的可能性也较大。

3.2网络故障的作用

网络故障是无法完全避免的，设备自身存在的问题以及网络大环境的不稳定，还有一些其他的人为原因，都使得无线传感器网络的信息和数据受损，影响了网络的安全和稳定性。

3.3来自外部的网络攻击

随着网络技术的发展，许多黑客也越来越介入用户用网的环境中，甚至对于无线传感器网络的认识和了解比一般用户更熟悉，他们会针对具体想要侵入破坏的内容和目标进行详细的研究，并在侵入攻击前制定详尽的网络侵入攻击策略。而目前无线传感器的网络在设置防侵入和攻击系统时，都是以网络的整体和全面信息作为前提和对象，但是忽略了网络黑客并不对他们不需要的东西进行任务的执行和规划。因此，在未来制定攻击策略的方向上，必须精确到具体的攻击区域。

4无线传感器网络抗毁的主要策略

4.1无线传感器网络抗毁性的拓扑演化策略

无线传感器的拓扑化演化策略就是通过扩大网络规模或者提高网络硬件的配置，从而实现网络效果的升级，向抗毁性能较强的方向发展和进步。由于是在规模和硬件上下功夫，因此网络的节点和线路的连接则不会受到影响。拓扑演化的方式主要是通过k-连通网络和无标度网络进行实现，下面将对这两种不同的方式进行详细的分析。

首先是k-连通网络。它的主要工作方式是通过调节和改变无线传感器的网络节点对于信息的发射功率，从而使得无线网络的连通性变得顺畅，信息的传播和流通不受阻碍，这样可使无线传感器网络拓扑结构得以实现优化，从而加强和提高了网络抗毁性能力。但是，任何事物都存在两面性，在拓扑演化的过程中，也有可能因为一些不确定的因素或者网络发生故障等，造成拓扑演化的结构的不完整，从而降低对于网络的抗毁性能。因此，为了避免干扰，要特别重视对于功率的调节和程度把握。

其次是无标度网络。它不同于k-联通网络的调节方式，它是依靠对于无线传感网络节点的新增从而实现，使得无线传感器网络能够有着安全稳定的生长环境和空间，这就形成了无线传感器的无标度网络结构。这种网络结构能够有效的提升无线传感器的拓扑演化功能。

4.2无线传感器网络抗毁性的网络重建与构造策略

无线传感器网络的重建与构造顾名思义就是在原来已有的网络架构基础上进行优化，添加新的网络设备设施，在提升和优化网络内部架构的同时，也强化了无线传感器的网络抗毁性功能。主要的方式和方法有下列两种。

第一种是通过搭建小世界网络架构。小世界是区别于大的网络世界而存在的，它是通过对原来移动和远程连接的网络基础上搭建数据和信息传送更为稳定的小平台，不仅提高了网络的异质性和安全性，也提高了无线传感器的网络抗毁性能。其主要的应用原理就是无线传感网络属于远程连接，网络的节点没有进行直接的连接，而是通过拓扑节点与几个少数的节点进行连接，从而使得网络里面的平均路径的较小部分与聚类系数的较大部分共同联合起来，对于改善无线传感网络的通讯和信息输送功能进产生良性的影响，从而进一步提高了无线传感网络的抗毁性。

第二种是引入中继节点。它是一种比现行节点更加稳定的节点形式，它可以改善无线传感器节点由于信息接收距离和通信路程较远而造成的能耗过大，无法正常工作的弊端，从而维持网络的安全、稳定和运转时速。它在无线传感网络抗毁性策略应用的主要作用就是他的存在和应用，能够使得无线传感器保持在一个工作负荷比较均衡的状态下，降低节点能耗，从而保持网络的畅通无阻。

4.3无线传感器网络的路由控制策略

路由控制主要是针对网络中信息的多余部分进行合理的安排和处置的策略。它的主要方式是将信息和数据进行备份，不必进行硬盘设施的更换或优化，因而节省了成本，是未来在无线传感器网络抗毁性策略方面的主要技术突破和应用，而具体备份机制的操作方式有以下两种：

一是链路冗余控制。这是在节点与节点之间增加多条线路进行信息的链接渠道，避免对于单一链条的过分依赖而导致的网络瘫痪。即使网络有故障，也可以避开出现问题的链条而通过其他冗余链路进行信息的传递和流通，从而保证用户的用网，也就意味着无限传感器网络的抗毁性策略得到了强化和提升。

二是簇头冗余控制。这种备份机制在事先在每一个簇单元准备多个簇头，以防在簇头使用过多，能耗过大，无法进行正常运转时，备用的簇头可以派上用场，保证无线传感器网络运行的连贯性和持续性。

5小结

总之，无线传感器网络的抗毁性策略是无线网络大规模应用和发展所面临的主要问题，只有研究好其抗毁性策略，才能面对和解决好网络故障和网络安全问题。文章通过对网络信息受损及主要类型和主要成因进行详细分析，提出了无线传感器网络抗毁性策略的重要性，并提出了3种提高抗毁性策略的主要途径和方法。这对日后用理论方法与实践应用去解决具体网络问题，促进无线网络技术发展和推广，切实解决用户在用网过程中的问题，为广大用户提供一个安全、稳定、可靠的用网环境，从而真实有效地提高中国的网络技术水平有一定的价值。