智能建筑中无线传感器网络安全研究

兰 丽（兰州交通大学 电子与信息工程学院，甘肃 兰州 730070）

智能建筑中无线传感器网络安全研究

兰 丽（兰州交通大学 电子与信息工程学院，甘肃 兰州 730070）

近年来，随着智能建筑在全世界范围内的大力建设以及智能建筑的不断发展，无线传感器网络系统基于其自身强大的适用性，开始不断向智能建筑的应用渗透，并逐渐成为现今人们研究的热点。本文围绕智能建筑中无线传感器网络的安全问题开展了研究工作，并提出了有效的网络节点计算定位方法，以确保系统在使用时的安全问题。

智能建筑；无线传感器；网络安全；节点计算

1 引 言

随着时代的发展，人们对居住环境的舒适性以及智能性的要求越来越高，在这种前提下，智能建筑应运而生，同时，为了使人们获得最舒适的生存环境，各种新技术不断在其设计建设中得到应用，在众多新技术中，无线传感器网络系统由于其在使用时体积小、组网方便等优点，受到了人们最广泛的应用与研究。通过这种新型的网络系统可以建成成本低、高效率的网络智能家居终端，这种终端的建立极大程度上方便了人们的生活。但由于这种无线传感网络的大量应用，在应用时，其无线传输信道以及无线传感器网络极易受到多种攻击，因而，如何为网络系统终端创造一个相对安全的工作环境，已成为无线传感器网络在智能建筑中应用的关键[1]。

2 智能建筑中无线传感器网络的特点

图1 无线传感器网络结构

无线传感器网络最早在20世纪80、90年代被美军研究并应于军事管理系统中，通常情况下无线传感器网络结构如图1所示[2]。通过研究发现相关性强是无线传感器网络在应用中最突出的特点，当其应用于智能建筑中的应用网络结构图如图2所示。网络在应用时通过对无线网络控制信号的传输以及环境信息的采集，通过对终端节点进行控制以使得建筑内设备进行自动控制，达到智能建筑构建的最终目的。智能建筑设备监控网络技术应该具有如下特点及使用难点。

图2 智能建筑监控网络结构图

2.1 建设周期短，费用少

通常而言，智能建筑在网络建设过程中，占用其施工周期最长同时又对周边环境影响最大的就是综合布线系统，但是由于无线传感器网络中的传感器节点安放位置并不受安放位置的限制，只要在无线网信号覆盖区域内的任一位置该网络的节点均都可以接入网络。因而，通过无线传感器网络的使用可以大大减少在智能建筑建设过程中由于控制系统网络重新布线而带来的大量工作。同时，由于该网络系统的接入并不需要对建筑原有网络线路进行重新布置，这就在一定程度上大大减少了系统设置以及改造的费用。

2.2 网络使用寿命长，可以进行人工维护

通常情况下网络的使用寿命都很短，但由于无线传感器网络系统中其节点能量可以进行补充，这就大大增加了系统的使用寿命。同时，无线传感器网络系统用于智能建筑的应用时，其不仅可以通过采用人工安装的方法在建筑中装设传感器节点也可以通过人工的方式对传感器节点的电池进行更换以及维修，这就增加了无线传感器网络系统在智能建筑中应用时的便利性[3]。

2.3 网络系统存在安全问题

由于网络环境的复杂性使得安全问题也是无线传感器网络系统在应用时主要要面对的一大问题，也是系统能否完全应用于智能建筑中的关键因素。以前建筑中的网络通常控制一个在封闭的环境中，在工作的过程中各控制系统中间并不存在相互通信，也没有与外网连通，因而网络受到攻击的可能性几乎并不存在，但近年来随着网络应用的增多，同时智能建筑被内部系统日益复杂，使得无线传感器网络受到外界攻击的可能性越来越大，网络安全问题也变得日益重要。同时，如果系统在使用过程中系统安全被破坏，此时若发生火灾等事故，那么检测到的火灾的数据极有可能无法传到楼宇的控制中心，使得人身财产受到严重的损害。

3 智能建筑中无线传感器网络安全定位机制的研究

智能建筑中无线传感器网络使用效能的发挥主要仍依靠于系统传感器节点所反馈的信息。但由于节点都是人工部署的，其数量繁多，对每个节点进行人工或定位控制都是不现实的。除此之外，由于放置于建筑物内的网络节点都是在开放环境中，因而其极易受到攻击。为了保障系统的正常工作，就要对系统的网络节点定位进行安全性分析。

3.1 节点定位安全机制的研究现状

由于系统在使用过程中，相对而言系统节点对抵抗外部攻击而言，其抗破坏能力较强。因而，现今对节点安全定位机制的相关研究主要是加强其抵抗内部攻击上面，主要的方法也是采取多种手段通过加强节点的定位精度以减少系统所受的攻击。

3.2 智能建筑中传感器节点的安全定位方法

狭小和封闭是智能建筑物内环境的主要特点，同时由于建筑物内的墙壁以及家具等的设置使得无线信号的传播也会受到一定影响，因而普通的定位法并不适用于智能建筑中的无线传感器网络，在这种背景下安全定位法被应用于智能建筑中的传感器节点定位。

该应用算法是利用节点的网络密钥链对信标节点身份进行认证，通过用中位数为每个信标节点分配一个权重值，用该中位数在使用时的异常抵抗对系统节点精度带来的影响。其主要定位过程分为以下四个阶段，即认证密钥预置阶段、计算未知节点与每个信标节点的最小跳数阶段、计算每跳的平均距离和信标节点的权重值阶段以及未知节点的自身位置计算阶段，通过四个阶段的分析计算，即可对系统中的节点进行精确定位[4]。

3.3 智能建筑中传感器节点定位安全性能分析

这种算法用于定位计算时所需的计算量以及通信量都不是很大，完全可以有效应用于智能建筑中无线传感器网络定位中，通过这种安全计算方法，系统中每个节点都可以进行安全定位并收到认证报文，如果想对传感器节点网络进行攻击只能通过捕获该节点的密钥信息后才可以进行攻击。因而，通过这样的定位方法可以有效抵抗外攻击，保证系统网络安全。

4 结 语

随着智能建筑的建设数量不断增多，需要对建筑内部的监测也越来越多，同时随着无线传感器网络的发展，基于其使用中的多种优点该系统大量的应用于智能建筑内部监测，本文围绕智能建筑中无线传感器网络安全进行了研究，找出了有效抵抗外部攻击保证系统安全的节点定位法，希望对后续研究提供一定的借鉴。

[1]赖昨江，王漫，尹京苑．无线传感器网络安全研究综述 ．电子测量技术． 2010, 33(12):72～78．

[2]闫丽丽，彭代渊，高悦翔．传感器网络安全协议的分析和改进．通信学报 ．2011,32(5):139～145．

[3]单建昌，刘瑞金．无线传感器网络在智能建筑中的应用[J]．物流工程与管理，2010（7）：12-13．

[4]李平，林亚平，曾玮妮．传感器网络安全研究[N]．软件学报，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