此外,张健[17]等人提出了一种改进的能耗均衡多跳路由算法,根据节点自身能源消耗的大小和位置信息设置簇头的发射功率半径,动态调整簇的规模,达到网络负载均衡的目的。但是簇头节点能耗没有考虑到,只适用于节点位置固定的网络。宋子超[18]等人提出了一种全局均衡策略的路由算法GBSR,在传输过程中采用了基于能耗和剩余能量的复合权值Dijkstra算法,优化了网络的能量均衡问题,但更适用于节点分布均匀的网络环境中。陈东海[19]等人提出了一种分化簇头功能的分布式算法,将原来的簇首节点按功能分化为管理、融合、转发三个节点来承担,三个新功能节点分管不同任务,缓解了簇头节点能量耗尽状况,增强了网络能量均衡性。但没有考虑到通讯路径的低能耗问题。
5 无线传感器网络的安全性问题
远程医疗作为医学领域数字化和信息化方向的延伸,安全性问题是远程医疗系统成功实施的关键因素,原因主要有两方面:(1)医学领域的数据具有敏感性,患者的任何生理信息在传输过程中的丢失和更改都有可能造成医生的误判[20]。生理指标数据的窃取和篡改甚至都会危及患者的生命。(2)被监测者信息一旦被泄露,就造成了对其隐私权的侵犯,长此以往会造成患者“讳疾忌医”的现象,严重影响远程医疗体系的推广。
WSN的节点计算和存储能力比较低,能量有限,加上无线信道的极易受干扰的特性,节点得到的有效带宽比较小,因此WSN的路由协议面临的安全威胁更多[21]。常见的网络攻击主要有:选择性转发攻击、黑洞攻击(Sinkholes)、女巫攻击(Sybil)、Hello flood攻击等。这些攻击方式都是针对WSN路由协议的不同安全缺陷来发动攻击,攻击者可以用一个单独的攻击方法攻击网络,也可以将多种攻击方法结合,创造出攻击力更强的攻击模型[22]。
目前关于WSN路由协议安全性的研究很多,大多数都是在原有的经典协议上加入安全机制进行改进。例如侯媛元[23]等人针对LEACH协议的安全问题,提出了新的改进性路由协议LEACH-H,在簇的形成阶段加入了节点身份认证和链路的双向验证。通过sink节点随机产生密钥并预分配给所有的节点,节点发送数据包并接受答复以确认链路的安全性。LEACH-H在一定程度上抵御了Hello flood、女巫等攻击,但网络过分依赖于sink节点,且在运行过程中需要不断生成和传递密钥,增加了网络开销,耗能严重。
除了使用认证的方法之外还有很多其他的安全机制。例如:毛郁欣[24]等人提出了多反馈路径的安全路由协议,将数据包进行拆分编码,多路径发送,目的节点组合的过程。提高了数据传输的安全性,但适用于较大型的网络,需要增强路径选择的随机性。郑顾平[25]等人在传统的LEACH协议上加入监控机制,设置监控节点对发送的信息进行监听,使用入侵检测手段加强网络的通信安全,但对节点的数据处理能力有较高要求。马兴国[26]等人将信誉评估机制引入到了路由协议中并设计了一种失效节点验证算法NEVM,先用评测低信誉节点,然后再用NEVM进行失效节点验证。该方法能够使遭受攻击的网络尽快恢复,提高网络入侵的容忍度。
6 总结与展望
无线传感器作为物联网技术的核心,对远程医疗的发展至关重要,而基于WSN的远程医疗监护更是建立远程医疗体系的关键。本文在总结基于WSN远程医疗特点的同时也指出了其在推广应用中面临的挑战。能量消耗和安全性等问题严重制约着无线远程医疗技术的发展。我国的远程医疗体系尚在发展的初期,基于WSN的医疗监护体系也处于摸索阶段,理论也不够成熟,有很多的问题都需要进一步的解决和研究:
高能量、低消耗、体积小、价格低的新型传感器的研究成为必然的趋势。无线传感器的应用范围不断扩大,能量的供应问题在一定程度上推动着感应充电技术的发展。在医疗监控过程中,人体内部的生理参数对于诊断和治疗也十分重要,因此越来越多的研究学者从事人体内置传感器的研究。
目前关于WSN路由协议的能耗均衡和安全性问题的研究,大多针对传感器类型单一、拓扑结构动态性不显著、节点位置固定的网络。而无线医疗监测终端采集信息的传感器类型比较多样化,动态的异构类型的无线传感器网络研究比较缺乏,未来的研究方面会不断往这方面偏移。
WSN的网络能源消耗和安全性在一定程度上是矛盾的,因此调节网络能量消耗与安全性平衡的同时,要综合考量网络时延、可靠性传输等其它因素。设计和改进算法、将分形理论、模糊识别、云计算等一些新的理论加入协议中,优化路由协议的网络性能,是现在的研究热点。
现有的WSN路由协议的研究往往是用不同仿真平台模拟实验数据分析,不同路由协议之间的比较缺乏量化的评判,网络协议性能评价缺乏统一的标准机制。目前大多数的评估机制都是只针对网络协议性能的一个方面,因此建立以WSN路由协议基本特性为基础的统一评估模型十分有必要。