保密性 – 在網(wǎng)絡中傳送的數(shù)據(jù)除了預期接收者,不能被其他任何人讀取。
完整性 – 任何接收到的信息都得到確認,完全是所發(fā)送的信息,對內(nèi)容沒有任何添加、刪減或修改。
真實性 – 聲稱來自給定來源的信息實際上確實來自該來源。如果將時間作為驗證方法的一部分,那么真實性還可保護信息免于被錄制和回放。
必須納入 WSN 以達到上述目標要求的關鍵安全技術包括:強大的加密算法 (例如 AES128) 和堅固的密鑰及密鑰管理、阻止重發(fā)攻擊的密碼級隨機數(shù)字發(fā)生器、針對每條信息的信息完整性校驗 (MIC)、以及明確地允許或禁止訪問特定設備的訪問控制列表 (ACL)。這些最新無線安全技術可以輕而易舉地納入很多現(xiàn)有 WSN 中使用的設備,但是并非所有 WSN 產(chǎn)品和協(xié)議都納入了所有安全技術 (見參考 3)。請注意,安全 WSN 與不安全網(wǎng)關的連接是另一個脆弱點,在系統(tǒng)設計中必須考慮端到端的安全性。
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)不是由無線專家安裝的。成熟行業(yè)大多在傳統(tǒng)產(chǎn)品基礎上增加工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品和服務,這些行業(yè)的客戶之部署環(huán)境既有老設備又有新設備。工業(yè) WSN 中的智能性必須體現(xiàn)在使工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品具備易用性,使現(xiàn)有現(xiàn)場工作人員能夠無縫過渡到新的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。網(wǎng)絡應該快速地自助形成,這樣安裝人員就可以留給站點一個穩(wěn)定運行的網(wǎng)絡;當連接較弱或無連接時,通過自我修復避免服務中斷;當服務確實中斷時,進行自助報告和診斷;一般部署完成后,僅需要很少的或者不需要維護,從而避免現(xiàn)場維護導致的高成本。對很多應用而言,其成功部分取決于能否在難以到達或非常危險的地區(qū)部署,因此物聯(lián)網(wǎng)設備必須靠電池運行,一般要運行超過 5 年時間。
另外,既然最終用戶廣泛采用的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)常常涵蓋整個公司范圍,那么系統(tǒng)就應該可用于全球部署,而且需要實現(xiàn)多站點標準化。幸運的是,理解并滿足這種要求的國際性行業(yè)無線標準已經(jīng)就位,其中包括 IEEE 802.15.4e TSCH。
傳感器無處不在。就工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用而言,準確放置傳感器或控制點是至關重要的。無線技術的承諾是無需連線即可通信,但是如果需要每隔幾小時或數(shù)月通過插入電源插座或再充電來給無線節(jié)點供電,那么部署成本會令人望而卻步,而且這么做也不切實際。例如,給旋轉(zhuǎn)設備加上傳感器以監(jiān)視設備的工作狀況,不可能使用有線連接,但是通過監(jiān)視運行中的設備而獲得的信息使客戶能夠預期地維護關鍵設備,從而避免不希望出現(xiàn)和花費不菲的的宕機。
為了確保靈活和具經(jīng)濟效益的部署,工業(yè) WSN 中的每個節(jié)點都應該能夠靠電池運行至少 5 年時間,這樣就為用戶提供了達到極致的靈活性,擴大工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用的覆蓋范圍。作為工業(yè) TSCH WSN 的一個例子,凌力爾特的 SmartMesh 產(chǎn)品一般以遠低于 50?A 的電流工作,因此可以靠兩節(jié) AA 電池運行很多年。如果周圍環(huán)境有豐富的可收集能源,那么無線節(jié)點還可以靠能量收集連續(xù)運行 (參見圖 1)。

圖 1:傳感器無處不在 – 由收集的能量連續(xù)供電的低功率無線傳感器節(jié)點,例如這個來自 ABB 可收集熱量之無線溫度傳感器,可以放置在最佳位置,以獲得更多工業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)。
時間問題。工業(yè)監(jiān)視和控制網(wǎng)絡是關鍵業(yè)務型的。這種網(wǎng)絡鞏固了影響商品生產(chǎn)基本成本的系統(tǒng),其數(shù)據(jù)及時性是至關重要的。過去 10 年來,確定性 TSCH WSN 系統(tǒng)已經(jīng)過多種監(jiān)視和控制應用的現(xiàn)場考驗。這類時隙系統(tǒng) (例如 WirelessHART) 其數(shù)據(jù)傳送是蓋上時間戳和有時間限制的。在這類網(wǎng)絡中,自動為需要更多數(shù)據(jù)發(fā)送機會的節(jié)點配置更多時隙,而且通過在網(wǎng)絡中的相繼通路上配置多個時隙,可以在這種網(wǎng)絡中實現(xiàn)低延遲傳送。這種數(shù)據(jù)傳送協(xié)調(diào)能力還極大地提高了頻繁、密集的數(shù)據(jù)傳送網(wǎng)絡的部署能力。如果沒有一個時間表,洪水般無序涌入的無線流量會使非 TSCH 無線網(wǎng)絡崩潰。
此外,TSCH 網(wǎng)絡中的每個數(shù)據(jù)包都含有準確的時間戳信息,指示該數(shù)據(jù)包的發(fā)送時間,而且每個節(jié)點都可獲得全網(wǎng)統(tǒng)一時間,以在需要時跨 WSN 節(jié)點協(xié)調(diào)控制信號。由于提供了時間戳數(shù)據(jù),即使數(shù)據(jù)未按順序接收也能正確地對數(shù)據(jù)排序,在面對必須協(xié)調(diào)來自多個傳感器信息的工業(yè)應用中,時間戳數(shù)據(jù)在診斷確切原因和影響時是很有幫助。