传感器网络协议数据管理技术研究(5)
（6）嵌入式操作系统
传感器节点是一个微型的嵌入式系统，携带非常有限的硬件资源，需要操作系统能够节能高效地使用其有限的内存、处理器和通信模块，且能够对各种特定应用提供最大的支持。在面向无线传感器网络的操作系统的支持下，多个应用可以并发地使用系统的有限资源。美国加州大学伯克利分校研发了TinyOS操作系统，在科研机构的研究中得到了比较广泛的使用，但目前仍然存在不足之处。
2.2 构成
传感器节点是一种非常小型的计算机，一般由以下几部分组成：
1．处理器和内存（一般能力都比较有限）。
2．各类传感器（温度、湿度、声音、加速度、全球定位等）。
3．通讯设备（一般是无线电收发器或光学通信设备）。
4．电池（一般是干电池，也有使用太阳能电池的）。
5．其他设备，包括各种特定用途的芯片，串行并行接口等（USB，RS232）。
2.3 网络协议栈
无线传感器网络多采用五层协议标准：应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。与互联网协议栈的五层协议相对应。另外，协议栈还包括能量管理平台、移动管理平台和任务管理平台。这些管理平台使得传感器节点能够按照能源高效的方式协同工作，在节点移动的传感器网络中转发数据，并支持多任务和资源共享。各层协议和平台的功能如下：
物理层提供简单但健壮的信号调制和无线收发技术；
数据链路层负责数据成帧、帧检测、媒体访问和差错控制；
网络层主要负责路由生成与路由选择；
传输层负责数据流的传输控制，是保证通信服务质量的重要部分；
应用层包括一系列基于监测任务的应用层软件；
能量管理平台管理传感器节点如何使用能源，在各个协议层都需要考虑节省能量；
移动管理平台检测并注册传感器节点的移动，文护到汇聚节点的路由，使得传感器节点能够动态跟踪其邻居的位置；
任务管理平台在一个给定的区域内平衡和调度监测任务。
2.4 安全需求
在设计传感器网络时，要充分考虑通信和信息安全，结合传感器网络的特点，满足其独特的安全需求。
(1) 数据机密性
数据机密性是重要的网络安全需求，要求所有敏感信息在存储和传输过程中都要保证其机密性，不得向任何非授权用户泄露信息的内容。
(2) 数据完整性
有了机密性保证，攻击者可能无法获取信息的真实内容，但接收者并不能保证其收到的数据是正确的，因为恶意的中间节点可以截获、篡改和干扰信息的传输过程。通过数据完整性鉴别，可以确保数据传输过程中没有任何改变。
(3) 数据新鲜性
数据新鲜性问题是强调每次接收的数据都是发送方最新发送的数据，以此杜绝接收重复的信息。保证数据新鲜性的主要目的是防止重放(Replay)攻击。
(4) 可用性
可用性要求传感器网络能够随时按预先设定的工作方式向系统的合法用户提供信息访问服务，但攻击者可以通过伪造和信号干扰等方式使传感器网络处于部分或全部瘫痪状态，破坏系统的可用性，如拒绝服务(Denial of Service)攻击。
(5) 鲁棒性
无线传感器网络具有很强的动态性和不确定性，包括网络拓扑的变化、节点的消失或加入、面临各种威胁等，因此，无线传感器网络对各种安全攻击应具有较强的适应性，即使某次攻击行为得逞，该性能也能保障其影响最小化。
(6) 访问控制
访问控制要求能够对访问无线传感器网络的用户身份进行确认，确保其合法性。