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传感器网络中的能量消耗问题研究
作者： 来源： 时间：2015-02-04 08:25:20浏览量：
自组织的簇生成、传输数据的加密/解密以及通信链路的建立和维护等，都是通过执行相应的指令序列来完成的，算法越复杂，指令条数就越多，消耗的能量也就越大。然而，算法是有效性、可靠性和复杂性的矛盾统一体，有效、可靠的算法往往具有较高的复杂性；简单算法的有效性、可靠性则可能不适应于应用需求。应用环境的多样性和不确定性，使得软件算法的能量消耗远比硬件的能量消耗控制困难，既要满足应用环境的需求，还要尽可能降低软件算法的复杂性。
另外，资源受限的传感器网络节点还易于遭受物理损坏攻击，使得非对称密钥管理协议等其他计算机网络中普遍采用的控制机制和数据处理算法并不适合于传感器网络。依据应用环境的需求，传感器网络对各控制和数据处理算法往往会有不同层次的要求。因此，每种控制或数据处理算法都是传感器网络中的非常具有挑战性的研究领域，需要根据节点能源的发展水平和技术特点，大幅度改造现有的成熟算法，或重新设计新的处理算法，甚至于在必要的时候；还可通过适当降低网络或节点的性能来控制节点能量消耗，以有效延长网络的生命周期。
1.4 通信子系统
由无线收发部件构成的通信子系统负责节点的通信任务。无线收发部件采用的调制模式、数据率、发射功率和操作周期等都是影响通信子系统能量消耗的关键因素。另外，由于通信元器件本身的物理特性等原因，通信子系统即使处于空闲期，也有着与接收期几乎相近的能量消耗。因此，在没有通信任务时，应尽可能地使通信子系统进入休眠期，而不是让其处于空闲期。
短距离无线通信和减少网络通信流量是通信子系统能量消耗控制的主要手段。传感器网络中普遍采用的级跳通信就是通过缩短通信距离，降低发射功电感器识别率的方法实现能量节省的；数据融合则是通过减少网络流量达到降低能量消耗的目的。
数据冗余是一体电感保证即使个别节点或部分通信链路失效时，基站一体电感器仍能获取完整数据的有效手段；然而，直接传输原始数据则会严重增加网络通信量，造成大量无为的能源消耗。簇首数据融合是消除冗余数据电感器厂家，减少网络通信量的有效手段之一。传统的簇首数据融合方式中，簇首节点接收簇内各节点传来的数据，然后通过内容检查并消除冗余后将结果数据上传基站。此种方式仅是降低了数据路由过程中的能源消耗，对簇内数据传输的节点能源消耗问题没有影响。
如图2所示，基于安全模板的数据融合机制，是通过少量数据传输替代大量数据传输的方法来更进一步地降低簇内的网络通信量[5]。其中，传感器节点并不直接传输采集数据，而是用从簇首节点接收到的安全模板生成采集数据的组合代码后再上传；簇首节点接收到传感器节点上传的代码数据，检查冗余后有选择地向部分传感器节点申请传输实际数据，以有效降低簇内的网络通信量。最后，簇首节点从选定的传感器节点接收到无冗余的采集数据并直接上传基站。
图2基于安全模板的数据融合
基于安全模板的数据融合机制是对传统数据融合机制的有益补充，使整个网络的能源消耗更加合理，安全模板还可减化数据加密算法，更进一步地降低能源消耗。不过，模板种子的更换频率太慢会严重影响到网络安全，太快又可能造成不必要的模板数据传输，频繁唤醒传感器节点进行模板数据处理，导致无为的能源消耗。因此，此方法的有效性取决于网络数据冗余的量，和冗余数据传输与模板数据传输/处理的能源消耗比例。
2 能量攻击防范
传感器网络节点无人值守、资源有限的固有特性，使其遭受的攻击范围和形式更加多样化。与常规的资源消耗攻击有所不同，能源攻击即是针对节点能源的有限性，不以消耗节点的计算和存储资源为目的，而是着重消耗节点的能量。攻击者利用侵入节点，向网络注入大量的虚假数据，致使节点，尤其是路由节点，在电感厂家大量的数据通信中耗尽能量而失效，从而导致整个网络瘫痪。由此而言，入侵者的首要目的是消耗路由节点的能量，其注入的虚假数据的传送距离越远，影响的节点数就越多。由于入侵者可能获得侵占节点的完全控制权，标准的验证机制对这类网络内部攻击的行为是没有作用的。 扁平线圈电感制造厂
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