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2008年第 8期
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无线传感器网络研究综述※
■苏北航务管理处余向阳
摘要
无线传感器网络是当前信息领域的一个研究热点。本文总结无线传感器网络的发展历史和研究现状 , 分
析无线传感器网络的地位和作用 , 对当前国内外的最新研究现状进行概述 , 列举当前无线传感器网络研究的关键技术 , 最后指出无线传感器网络技术发展所面对的挑战以及无线传感器网络的发展趋势。关键词
无线传感器网络路由协议拓扑控制
定位技术
引言
无线传感器网络 (WSN 能力的微小传感器节点 , 控网络。 :大规模、无线、
自组织、无基础设施支持的网络 , 其中节点是同构的 , 成本较低、体积较小 , 大部分节点不移动 , 被随意散布在工作区域 , 要求网络系统有尽可能长的工作时间。
一个典型的无线传感器网络的系统架构包括分布式无线传感器节点 (群、接收发送器汇聚节点、
互联网或通信卫星和任务管理节点等 , 如图 1所示。
图 1无线传感器网络的系统架构
无线传感器网络的出现引起了全世界范围的广泛关
注 , 世界各国的科研机构和科研人员对无线传感器网络的研究投入了极大的热情。它综合了现代传感器技术、微电子技术、通信技术、嵌入式计算技术和分布式信息处理技术等多个学科 , 是新兴的交叉研究领域。
1无线传感器网络研究历程与现状
无线传感器网络具有重要的科研价值和广泛的应用
, , 被公认为是将无线传感网络的研 , 但发展很快。
1. 1无线传感器网络的研究历史
WSN 的基本思想起源于 20世纪 70年代。 1978年 , DARPA 在卡耐基 2梅隆大学成立了分布式传感器网络工
作组 ;1980年 ,DARPA 的分布式传感器网络项目 (DSN 开启了传感器网络研究的先河 ;20世纪 80~90年代 , 研究主要在军事领域 , 成为网络中心战的关键技术 ,
拉开了无线传感器网络研究的序幕 ; 20世纪 90年代中后期 ,
WSN 引起了学术界、军界和工业界的广泛关注 , 发展了现
代意义的无线传感器网络技术。
1. 2国外无线传感器网络的研究现状
(1 美国
美国军方最先开始无线传感器网络技术的研究 , 包括
CEC 、 REMBASS 、 TRSS 、 SensorIT 、 WINS 、 Smart Dust 、
SeaWeb 、μAMPS 、 N EST 等研究项目。美国国防部远景计划研究局已投
资几千万美元 , 帮助大学进行无线传感器网络技术的研发。
美国国家自然基金委员会 (NSF 也开设了大量与其
相关的项目。 NSF 于 2003年制定了 WSN 研究计划 , 每年拨款 3400万美元支持相关研究项目 , 并在加州大学洛杉矶分校成立了传感器网络研究中心。 2005年对网络技术和系统的研究计划中 , 主要研究下一代高可靠、安全的可扩展的网络、可编程的无线网络及传感器系统的网络特性 , 资助金额达 4000万美元。此外 , 美国交通部、能源部、美国国家航空航天局也相继启动了相关的研究项目。
美国所有著名院校几乎都有研究小组在从事 WSN 相关技术的研究 ,
加拿大、英国、德国、芬兰、日本和意大利
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等国家的研究机构也加入了 WSN 的研究。加州大学洛杉矶分校、加州大学伯克利分校、麻省理工学院、康奈尔大学、哈佛大学、卡耐基 2梅隆大学等在 WSN 研究领域成绩较为突出。国际相关学术会议中对 WSN 的研讨增多 , 检索论文数目逐年以较大幅度增加。
美国的 Crossbow 、 Dust Network 、 Ember 、 Chip s 、 In 2tel 、 Freescale 等公司也开展了 WSN 的研究工作。
(2 其他国家加拿大、英国、德国、芬兰、日本和意大利等国家的研究机构也加入了 WSN 的研究。
欧盟第 6个框架计划将“信息社会技术” 作为优先发展领域之一。其中多处涉及对 WSN 的研究。启动了 EYES 等研究计划。
日本总务省在 2004年 3月成立了“ 泛在传感器网络” 调查研究会。
韩国信息通信部制订了信息技术“ 839” 战略 , 其中“ 3” 是指 IT 产业的三大基础设施 , 即宽带融合网络、器网络、下一代互联网协议。
企业界 , 欧盟的 Philips 、 France Telecom 、 N EC 、 O KI 、 Sky
2leynetworks 、世康、 WSN 的研究。
1. 3国内无线传感器网络的研究现状
首次正式启动出现于 1999年中国科学院《知识创新工程点领域方向研究》的“信息与自动化领域研究报告” 中 , 该领域的五大重点项目之一。 2001年中国科学院依托上海微系统所成立微系统研究与发展中心 , 旨在引领中科院 WSN 的相关工作。
国家自然科学基金已经审批了与 WSN 相关的一个重点课题和多项课题。2004年 , 将一项无线传感器网络项目 (面上传感器网络的分布自治系统关键技术及协调控制理论列为重点研究项目。 2005年 , 将网络传感器中的基础理论和关键技术列入计划。 2006年将水下移动传感器网络的关键技术列为重点研究项目。国家发改委下一代互联网 (CN GI 示范工程中 , 也部署了 WSN 相关的课题。
在一份我国未来 20年预见技术的调查报告中 , 信息领域 157项技术课题中有7项与传感器网络直接相关。 2006年初发布的《国家中长期科学与技术发展规划纲要》为信息技术定义了 3个前沿方向 , 其中 2个与 WSN 的研究直接相关 , 即智能感知技术和自组织网络技术。我国 2010年远景规划和“ 十五” 计划中 , 将 WSN 列为重点发展的产业之一。
2无线传感器网络的地位和作用
2. 1无线传感器网络的地位
2003年 2月份 , 美国的《技术评论》杂志评选出对人
类生活产生深远影响的十大新兴技术中 , WSN 被列为其中之一。美国的《商业周刊》在 2003年 8月份的技术评论中 , 将 WSN 定位为 21世纪高技术领域中的四大支柱型产业之一。美国《今日防务》杂志认为 WSN 的应用和发展 , 将引起
一场划时代的军事技术革命和未来战争的变革。 2004年 , 《 IEEE Spectrum 》杂志发表一期专题———传感器国度 , 专门论述 WSN 的发展与可能的广泛应用。
WSN 的地位可从 3个方面具体分析。
(1 第 4代传感器网络
可将传感器网络的发展划分为 4个阶段。一般地将简单点到点信号传输功能的传统传感器所组成的测控系统称为第 1代传感器网络 ; 第 2代为由智能传感器和现场控制站组成的测控网络 ; 感器网络代传感器网络 , 其应用 Bell 定律 , 每十年会有一类新的计算设备诞生。它们是巨型机、小型机、工作站、 PC 、 PDA 、
WSN 节点等、生物芯片。 (WSN 被认为是新一代的计算
设备
(3 普适计算的一个重要途径
普适计算是与信息空间发展相适应的一种计算模式。
1991年 ,Mark Weiser 提出了“普适计算(Pervasive Com 2puting ” 的思想 , 即把计算机嵌入到环境或日常生活中
去 , 让计算机从人们视线中消失 , 使人们能够随时随地且透明地获得数字化的服务。 WSN 是普适计算的一个重要途径 , 是普适计算发展的趋势。在 WSN 环境中 , 在任何时间、任何地点都能够与外界信息更方便地交流 , 人们可以自由地穿行于物理世界和信息空间中 , 实现物理世界与信息世界的融合。
2. 2无线传感器网络的应用
(1 军事应用
无线传感器网络的相关研究最早起源于军事领域。由于其具有可快速部署、自组织、隐蔽性强和高容错性的特点 , 因此能够实现对敌军地形和兵力布防及装
备的侦察、战场的实时监视、定位攻击目标、战场评估、核攻击和生物化学攻击的监测以及搜索等功能。
(2 环境应用
WSN 可以用于气象和地理研究 , 自然和人为灾害 (如
洪水和火灾的监测 , 监视农作物灌溉及土壤、空气变更的情况、牲畜和家禽的环境状况 , 以及大面积的地表检测和跟踪珍稀鸟类、动物和昆虫 , 进行濒危种群的研究等。
美国的 AL ER T 计划中 , 研究人员开发了数种传感器来分别监测降雨量、河水水位和土壤水分 , 并依此预测暴
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发山洪的可能性。 2002年 , 美国加州大学伯克利分校 In 2tel 实验室和大西洋学院联合 , 在大鸭岛上部署了用来监测岛上海鸟生活习性的无线传感器网络。哈佛大学 Mate Wel 的研究小组用 WSN 对活火山 Volcan Tungurahua 进行观测。 2005年 , 澳洲的科学家利用传感器网络探测北澳大利亚的蟾蜍分布情况。挪威科学家利用 WSN 监测冰河的变化情况 , 目的在于通过分析冰河环境的变化来推断地球气候的变化。
Intel 在俄勒冈州的一个葡萄园内 , 利用 WSN 测量葡萄园气候的细微变化。
(3 医疗应用
WSN 可以用于检测人体的生理数据和健康状况 , 对医院药品进行管理以及用于远程医疗等医疗领域。
在 SSIM 项目中 ,100个微型传感器被植入病人眼中 , 帮助盲人获得了一定程度的视觉。科学家还创建了一个“ 智能医疗之家” , 即一个 5间房的公寓住宅 , 使用无线传感器网络来测量居住者的重要生命体征 (血压、吸、睡觉姿势以及每天24, (4 家庭应用
嵌入家具和家电中的传感器和执行单元组成的无线网络与 Internet 连接在一
起 , 能够为人们提供更加舒适、方便和具有人性化的智能家居环境。用户可以方便地对家电进行远程监控 , 如在下班前遥控家里的电饭锅、微波炉、电话机、录像机、电脑等家电 , 按照自己的意愿完成相应的煮饭、烧菜、查收电话留言、选择电视节目以及下载网络资料等工作。
在家居环境控制方面 , 将传感器节点放在家庭里不同的房间 , 可以对各个房问的环境温度进行局部控制。此外 , 利用无线传感器网络还可以监测幼儿的早期教育环境 , 跟踪儿童的活动范围 , 让研究人员、父母或是老师全面地了解和指导儿童的学习过程。
(5 工业应用
WSN 可以用于车辆的跟踪、机械故障的诊断、工业生产的监控、建筑物状态的监测等。将 WSN 和 RFID 技术融合 , 是实现智能交通系统的绝好途径。
在一些危险的工作环境 , 如煤矿、石油钻井、核电厂等 , 利用无线传感器网络可探测工作现场的一些重要信息。
机械故障诊断方面 , Intel 公司曾在芯片制造设备上安装过 200个传感器节点 , 用来监控设备的振动情况 , 并在测量结果超出规定时提供监测报告。美国贝克特营建集团公司已在伦敦地铁系统中采用了无线传感器网络进行监测。
采用 WSN , 可以让大楼、桥梁及其他建筑物感知并汇报自身的状态信息。英国的一家博物馆利用无线传感器网络设计了一个警告系统。
(6 其他应用
在太空探索方面 , WSN 可以实现对星球表面长期的监测。美国国家航空与航天局 (NASA 的 J PL 实验室的 Sensor Webs 计划 , 就是为将来的火星探测进行技术准备的。
德国某研究机构正在利用 WSN 为足球裁判研制一套辅助系统 , 以降低足球比赛中越位和进球的误判率。
在商务方面 ,WSN 可用于物流和供应链的管理。 WSN 在大型工程项目、防范大型灾害方面也有着良好的应用前景 , 海啸预警等。
3, 计算机、通信、自动控制、人工智能等多学目前的研究涉及通信、组网、管理、分布式信息处理等多个方面。具体而言 , 无线传感器网络的关键技术有路由协议、 MAC 协议、拓扑控制、定位技术、时间同步、安全技术和数据融合等。
(1 路由协议
路由协议负责将数据分组 , 从源节点通过网络转发到目的节点。它主要包括两方面的功能 :寻找源节点和目的节点间的优化路径 , 将数据分组沿着优化路径正确转发。
路由协议可有不同的分类方法 , 包括平面路由和层次路由 ; 主动路由、按需路由和混合路由 ; 基于位置的路由和非基于位置的路由 ; 基于 Qos 的路由和不基于Qos 的路由 ; 基于数据融合的路由和非基于数据融合的路由 ; 能量感知路由协议和非能量感知路由协议 ; 查询驱动和非查询驱动路由 ; 单路径和多路径路由 ; 安全路由与非安全路由。
(2 M AC 协议
在无线传感器网络中 , 介质访问控制 (MAC 协议决定无线信道的使用方式 , 在传感器节点之间分配有限的无线通信资源 , 用来构建传感器网络系统的底层基础结构。 MAC 协议处于传感器网络协议的底层部分 , 对传感器网络的性能有较大影响 , 是保证无线传感器网络高效通信的关键网络协议之一。
(3 拓扑控制
传感器网络的拓扑控制技术主要研究的问题是 :在满足网络覆盖度和连通度的前提下 , 通过功率控制和骨干网节点选择 , 剔除节点之间不必要的通信链路 , 形成一个数据转发的优化网络结构。具体地讲 , 传感器网络中的拓扑控制按照研究方向可以分为两类 :节点功率控制和层次型拓扑结构组织。
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(4 定位技术对于大多数应用 , 不知道传感器位置而感知的数据是没有意义的。传感器节点必须明确自身位置才能详细说明“ 在什么位置或区域发生了特定事件” , 实现对外部目标的定位和追踪 ; 另外 , 了解传感器节点位置信息还可以提高路由效率 , 为网络提供命名空间 , 向部署者报告网络的覆盖质量 , 实现网络的负载均衡以及网络拓扑的自配置。
(5 时间同步技术
在无线传感器网络系统中 , 单个节点的能力非常有限 , 整个系统所要实现的功能需要网络内所有节点相互配合共同完成。时间同步在无线传感器网络系统中起着非常重要的作用 , 国内外的研究者已经提出了多种无线传感器网络的时间同步算法。
(6 安全技术
与其他无线网络一样 , 安全问题是无线传感器网络的一个重要问题。由于采用的是无线传输信道 , 存在窃听、恶意路由、 , 应用当中 , , 军事上在敌控区监视对方军事部署的无线传感器网络等 , 安全问题显得尤为重要。
(7 数据融合技术
由于大多数无线传感器网络应用都是由大量传感器节点构成的 , 共同完成信息收集、目标监视和感知环境的任务。在信息采集的过程中 , 采用各个节点单独传输数据到汇聚节点的方法显然是不合适的。通过数据融合技术 , 能将多份数据或信息进行处理 , 组合出更高效、更符合用户需求的数据。
4无线传感器网络所面临的挑战和发展趋势
4. 1无线传感器网络所面临的挑战
无线传感器网络不同于传统数据网络的特点 , 对无线传感器网络的设计与实现提出了新的挑战 , 主要体现在 5个方面 :低能耗、实时性、低成本、安全和抗干扰、协作。
4. 2无线传感器网络的发展趋势
由以上这些挑战 , 根据无线传感器网络的研究现状 , 无线传感器网络技术的发展趋势主要有 4个方面。
(1 灵活、自适应的网络协议体系
无线传感器网络广泛地应用于军事、环境、医疗、家庭、工业等领域。其
网络协议、算法的设计和实现与具体的应用场景有着紧密的关联。在环境监测中 , 需要使用静
止、低速的无线传感器网络 ; 军事应用中 , 需要使用移动的、实时性强的无
线传感器网络 ; 智能交通领域 , 还需要将
RFID 技术和无线传感器网络技术融合起来使用。这些面
向不同应用背景的无线传感器网络所使用的路由机制、数据传输模式、实时性要求以及组网机制等都有着很大的差异 , 因而网络性能各有不同。
(2 跨层设计
无线传感器网络有着分层的体系结构 , 因此在设计时也大都是分层进行的。
各层的设计相互独立且具有一定局限性 , 因而各层的优化设计并不能保证整个网络的设计最优。针对此问题 , 一些研究者提出了跨层设计的概念。 , 能量管理机 ; 但要使整个 , 还应采用跨层设计的思想。
标准规范
ZigBee 是一种新兴的无线网络通信规范 , 主要用于近
距离无线连接。 Z igBee 的基础是 IEEE 无线个域网工作组所制定的 IEEE 802.
15. 4技术标准。 IEEE 802. 15. 4标准旨在为低能耗的简单设备提供有效覆盖范围
在 10m 左右的低速连接 , 可广泛用于交互玩具、库存跟踪监测等消费与商业应用领域。 ZigBee 当然不仅只是 IEEE 802.
15. 4的名字。 IEEE 802. 15. 4仅处理低级 MAC 层和物
理层协议 ;Z igBee 联盟对其网络层协议和 API 进行了标准化 , 还开发了安全
层 , 以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识 , 而且这种利用网络的远距离传输不会被其他节点获得。
(4 与其他网络的融合
无线传感器网络和现有网络的融合将带来新的应用。例如 , 无线传感器网络与互联网、移动通信网的融合 , 一方面使无线传感器网络得以借助这两种传统网络传递信息 , 另一方面可以利用传感信息实现应用的创新。
结语
无线传感器网络系统可以被广泛地应用于国防军事、国家安全、航空航天、环境监测、交通管理、医疗救护、制造业、反恐抗灾等领域。特别是在未来军事领域中 , 由于传感网络可以快速部署在敌对地区并收集相关情报 , 同时又无需人为干预 , 所以可以极大地减少人员的伤亡 , 是现代化电子信息战的重要体现。因此 , 传感器网络在未来具有良好的应用前景 , 它将掀起新的产业浪潮。
编者注 :本文为期刊缩略版 , 全文见本刊网站 www.
mesnet. com. cn 。
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短距离无线数据低功耗传输协议研究
■东南大学王琢玉方晨刘昊
摘要针对短距离无线数据传输设备因高功耗而限制了工业应用这一问题 , 本文基于 Freescale 公司的
MC13213硬件平台 , 对其低功耗的数据传输协议进行了研究 , 采用信标同步机制极大地降低了无线数据传输设备的功耗。关键词
低功耗
无线数据传输
信标
时间同步 MC13213
短距离无线数据传输是一种线缆替代技术 , 在当前很多领域 (如工业生产、医疗监护、科学研究等泛的应用。它的出现 , 有线布线的问题 , Freescale 公司的 MC13213输协议进行了研究 , 在保证数据可靠传输的同时 , 极大地降低了设备的功耗。
1主要芯片介绍
MC13213是 Freescale 公司推出的一款 SoC 芯片 , 它
主要由微处理器和射频模块两部分组成。微处理器采用
8位的 HCS08内核 , 集成了 1个 SPI (Serial Peripheral In 2
terface 接口、 1个 8路的 8/10位 A/D 转换器、 2个 TPM (Timer/PWM 模块、2个 SCI (Serial Communication In 2
terface 接口、 2个 I 2C 和 1个 8路的 K BI (Keyboard Inter 2
rupt 接口。射频模块的工作频段是 2. 4GHz , 通过 SPI 总
线与处理器通信。其主要特点有 :
◆采用 2. 4GHz 频段 , 其设计构架符合 IEEE 802. 15. 4协议 ;
◆接收灵敏度 <-92dBm , 发送功率为 -28. 7~
dBm ;
15(共 16 个可选工作信道 ;
◆ (direct sequence spread spec 2
trum 的二进制编码方式 , 增强了抗干扰能力 ;
◆采用 O 2QPSK 数字相移键控调制技术 , 大大降低
了数据传输的误码率 ;
◆采用免冲突的载波检测多址接入 (CSMA 2CA 机制 , 避免了数据传输过程中的冲突。
2硬件系统设计
如图 1所示 , 整个系统硬件结构由 4部分组成 :
RS232/485总线接口单元、数据处理单元、射频收发单元
和电源管理单元。
图 1短距离无线数据传输模块硬件结构图
参考文献
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[8]崔莉 , 等 . 无线传感器网络研究进展 [J].计算机研究与发展 ,
2005(1 .
(收稿日期 :2008203226
南京航空航天大学 硕士学位论文 基于无线传感器网络的环境监测系统设计与实现 姓名：耿长剑 申请学位级别：硕士 专业：电路与系统 指导教师：王成华 20090101
南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种集成了计算机技术、通信技术、传感器技术的新型智能监控网络，已成为当前无线通信领域研究的热点。 随着生活水平的提高，环境问题开始得到人们的重视。传统的环境监测系统由于传感器成本高，部署比较困难，并且维护成本高，因此很难应用。本文以环境温度和湿度监控为应用背景，实现了一种基于无线传感器网络的监测系统。 本系统将传感器节点部署在监测区域内，通过自组网的方式构成传感器网络，每个节点采集的数据经过多跳的方式路由到汇聚节点，汇聚节点将数据经过初步处理后存储到数据中心，远程用户可以通过网络访问采集的数据。基于CC2430无线单片机设计了无线传感器网络传感器节点，主要完成了温湿度传感器SHT10的软硬件设计和部分无线通讯程序的设计。以PXA270为处理器的汇聚节点，完成了嵌入式Linux系统的构建，将Linux2.6内核剪裁移植到平台上，并且实现了JFFS2根文件系统。为了方便调试和数据的传输，还开发了网络设备驱动程序。 测试表明，各个节点能够正确的采集温度和湿度信息，并且通信良好，信号稳定。本系统易于部署，降低了开发和维护成本，并且可以通过无线通信方式获取数据或进行远程控制，使用和维护方便。 关键词：无线传感器网络，环境监测，温湿度传感器，嵌入式Linux，设备驱动
Abstract Wireless Sensor Network, a new intelligent control and monitoring network combining sensor technology with computer and communication technology, has become a hot spot in the field of wireless communication. With the improvement of living standards, people pay more attention to environmental issues. Because of the high maintenance cost and complexity of dispose, traditional environmental monitoring system is restricted in several applications. In order to surveil the temperature and humidity of the environment, a new surveillance system based on WSN is implemented in this thesis. Sensor nodes are placed in the surveillance area casually and they construct ad hoc network automatieally. Sensor nodes send the collection data to the sink node via multi-hop routing, which is determined by a specific routing protocol. Then sink node reveives data and sends it to the remoted database server, remote users can access data through Internet. The wireless sensor network node is designed based on a wireless mcu CC2430, in which we mainly design the temperature and humidity sensors’ hardware and software as well as part of the wireless communications program. Sink node's processors is PXA270, in which we construct the sink node embedded Linux System. Port the Linux2.6 core to the platform, then implement the JFFS2 root file system. In order to facilitate debugging and data transmission, the thesis also develops the network device driver. Testing showed that each node can collect the right temperature and humidity information, and the communication is stable and good. The system is easy to deploy so the development and maintenance costs is reduced, it can be obtained data through wireless communication. It's easy to use and maintain. Key Words: Wireless Sensor Network, Environment Monitoring, Temperature and Humidity Sensor, Embedded Linux, Device Drivers
无线传感器网络的安全性研究 0 引言 无线传感器网络（WSN，Wireless Sensor Network）是一种自组织网络，由大量具有无线通信、数据采集和处理、协同合作等功能的节点协同组织构成。WSN在军事、环境、工控和交通等方面有着广阔的应用前景。由于大多数用户对WSN的安全性有较高要求，而WSN有着与传统的Ad hoc网络不同的特点，大多数传统的安全机制和安全协议难以直接应用于WSN，因此有必要设计适合WSN的安全性方案。 无线传感器网络与传统的ad hoc网络相比有如下独有的特点[1]： （1）传感器节点数量巨大，网络规模庞大； （2）节点密集分布在目标区域； （3）节点的能量、存储空间及计算能力受限，容易失效； （4）动态的网络拓扑结构； （5）通常节点不具有统一的身份（ID）。 1 WSN的安全性问题 WSN中，最小的资源消耗和最大的安全性能之间的矛盾，是传感器网络安全性的首要问题。通常两者之间的平衡需要考虑到有限的能量、有限的存储空间、有限的计算能力、有限的通信带宽和通信距离这五个方面的问题。 WSN在空间上的开放性，使得攻击者可以很容易地窃听、拦截、篡改、重播数据包。网络中的节点能量有限，使得WSN易受到资源消耗型攻击。而且由于节点部署区域的特殊性，攻击者可能捕获节点并对节点本身进行破坏或破解。 另外，WSN是以数据通信为中心的，将相邻节点采集到的相同或相近的数据发送至基站前要进行数据融合，中间节点要能访问数据包的内容，因此不适合使用传统端到端的安全机制。通常采用链路层的安全机制来满足WSN的要求。 2 常见的攻击和解决方案 在WSN协议栈的不同层次上，会受到不同的攻击，需要不同的防御措施和安全机制。 2．1 物理层 物理层完成频率选择、载波生成、信号检测和数据加密的功能。所受到的攻击通常有： 1）拥塞攻击：攻击节点在WSN的工作频段上不断的发送无用信号，可以使在攻击节点通信半径内的节点不能正常工作。如这种攻击节点达到一定的密度，整个网络将面临瘫痪。 拥塞攻击对单频点无线通信网络影响很大，采用扩频和跳频的方法可很好地解决它。 2）物理破坏：WSN节点分布在一个很大的区域内，很难保证每个节点都是物理安全的。攻击者可能俘获一些节点，对它进行物理上的分析和修改，并利用它干扰网络的正常功能。甚至可以通过分析其内部敏感信息和上层协议机制，破坏网络的安全性。 对抗物理破坏可在节点设计时采用抗窜改硬件，同时增加物理损害感知机制。另外，可对敏感信息采用轻量级的对称加密算法进行加密存储。 2．2 MAC层 MAC层为相邻节点提供可靠的通信通道。MAC协议分3类：确定性分配、竞争占用和随机访问。其中随机访问模式比较适合无线传感网络的节能要求。 随机访问模式中，节点通过载波监听的方式来确定自身是否能访问信道，因此易遭到拒绝服务攻击(Distributed Denial of Service，DOS)[2]。一旦信道发生冲突，节点使用二进指数倒退算法确定重发数据的时机。攻击者只需产生一个字节的冲突就可以破坏整个数据包的发送，这时接收者回送数据冲突的应答ACK，发送节点则倒退并重新选择发送时机。如此这般反复冲突，节点不断倒退，导致信道阻塞，且很快耗尽节点有限的能量。
1-2.什么是无线传感器网络? 无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络。目的是协作地探测、处理和传输网络覆盖区域内感知对象的监测信息,并报告给用户。 1-4.图示说明无线传感器网络的系统架构。 1-5.传感器网络的终端探测结点由哪些部分组成?这些组成模块的功能分别是什么? (1)传感模块（传感器、数模转换）、计算模块、通信模块、存储模块电源模块和嵌入式软件系统 (2)传感模块负责探测目标的物理特征和现象，计算模块负责处理数据和系统管理，存储模块负责存放程序和数据，通信模块负责网络管理信息和探测数据两种信息的发送和接收。另外，电源模块负责结点供电，结点由嵌入式软件系统支撑，运行网络的五层协议。 1-8.传感器网络的体系结构包括哪些部分?各部分的功能分别是什么? (1)网络通信协议：类似于传统Internet网络中的TCP/IP协议体系。它由物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层组成。 (2)网络管理平台：主要是对传感器结点自身的管理和用户对传感器网络的管理。包括拓扑控制、服务质量管理、能量管理、安全管理、移动管理、网络管理等。 (3)应用支撑平台：建立在网络通信协议和网络管理技术的基础之上。包括一系列基于监测任务的应用层软件，通过应用服务接口和网络管理接口来为终端用户提供各种具体应用的支持。 1-9.传感器网络的结构有哪些类型?分别说明各种网络结构的特征及优缺点。 （1）根据结点数目的多少，传感器网络的结构可以分为平面结构和分级结构。如果网络的规模较小，一般采用平面结构；如果网络规模很大，则必须采用分级网络结构。 （2）平面结构：
无线传感器网络的特点 大规模网络 为了获取精确信息，在监测区域通常部署大量传感器节点，传感器节点数量可能达到成千上万，甚至更多。传感器网络的大规模性包括两方面的含义：一方面是传感器节点分布在很大的地理区域内，如在原始大森林采用传感器网络进行森林防火和环境监测，需要部署大量的传感器节点；另一方面，传感器节点部署很密集，在一个面积不是很大的空间内，密集部署了大量的传感器节点。 传感器网络的大规模性具有如下优点：通过不同空间视角获得的信息具有更大的信噪比；通过分布式处理大量的采集信息能够提高监测的精确度，降低对单个节点传感器的精度要求；大量冗余节点的存在，使得系统具有很强的容错性能；大量节点能够增大覆盖的监测区域，减少洞穴或者盲区。 自组织网络在 传感器网络应用中，通常情况下传感器节点被放置在没有基础结构的地方。传感器节点的位置不能预先精确设定，节点之间的相互邻居关系预先也不知道，如通过飞机播撒大量传感器节点到面积广阔的原始森林中，或随意放置到人不可到达或危险的区域。这样就要求传感器节点具有自组织的能力，能够自动进行配置和管理，通过拓扑控制机制和网络协议自动形成转发监测数据的多跳无线网络系统。在传
感器网络使用过程中，部分传感器节点由于能量耗尽或环境因素造成失效，也有一些节点为了弥补失效节点、增加监测精度而补充到网络中，这样在传感器网络中的节点个数就动态地增加或减少，
从而使网络的拓扑结构随之动态地变化。传感器网络的自组织性要能够适应这种网络拓扑结构的动态变化。动态性网络传感器网络的拓扑结构可能因为下列因素而改变：①环境因素或电能耗尽造成的传感器节点出现故障或失效；②环境条件变化可能造成无线通信链路带宽变化，甚至时断时通；③传感器网络的传感器、感知对象和观察者这三要素都可能具有移动性；④新节点的加入。这就要求传感器网络系统要能够适应这种变化，具有动态的系统可重构性。 可靠的网络 传感器网络特别适合部署在恶劣环境或人类不宜到达的区域，传感器节点可能工作在露天环境中，遭受太阳的暴晒或风吹雨淋，甚至遭到无关人员或动物的破坏。传感器节点往往采用随机部署，如通过飞机撒播或发射炮弹到指定区域进行部署。这些都要求传感器节点非常坚固，不易损坏，适应各种恶劣环境条件。由于监测区域环境的限制以及传感器节点数目巨大，不可能人工“照顾每个传感器节点，网络的维护十分困难甚至不可维护。传感器网络的通信保密性和安全性也十分重要，要防止监测数据被盗取和获取伪造的监测信息。因此，传感器网络的软硬件必须具有鲁棒性和容错性。
基于无线传感器网络的桥梁安全检测系统 摘要 根据桥梁监测无线传感器网络技术的桥梁安全监测系统，以实现方案的安全参数的需要；对整个系统的结构和工作原理的节点集、分簇和关键技术，虽然近年来在无线传感器网络中，已经证明了其潜在的提供连续结构响应数据进行定量评估结构健康，许多重要的问题，包括网络寿命可靠性和稳定性、损伤检测技术，例如拥塞控制进行了讨论。 关键词：桥梁安全监测；无线传感器网络的总体结构；关键技术 1 阻断 随着交通运输业的不断发展，桥梁安全问题受到越来越多人的关注。对于桥梁的建设与运行规律，而特设的桥梁检测的工作情况，起到一定作用，但是一座桥的信息通常是一个孤立的片面性，这是由于主观和客观因素，一些桥梁安全参数复杂多变[1]。某些问题使用传统的监测方法难以发现桥梁存在的安全风险。因此长期实时监测，预报和评估桥梁的安全局势，目前在中国乃至全世界是一个亟待解决的重要问题。 桥梁安全监测系统的设计方案，即通过长期实时桥跨的压力、变形等参数及测试，分析结构的动力特性参数和结构的评价科关键控制安全性和可靠性，以及问题的发现并及时维修，从而确保了桥的安全和长期耐久性。 近年来，桥梁安全监测技术已成为一个多学科的应用，它是在结构工程的传感器技术、计算机技术、网络通讯技术以及道路交通等基础上引入现代科技手段，已成为这一领域中科学和技术研究的重点。 无线传感器网络技术，在桥梁的安全监测系统方案的实现上，具有一定的参考价值。 无线传感器网络（WSN）是一种新兴的网络科学技术是大量的传感器节点，通过自组织无线通信，信息的相互传输，对一个具体的完成特定功能的智能功能的协调的专用网络。它是传感器技术的一个结合，通过集成的嵌入式微传感器实时监控各类计算机技术、网络和无线通信技术、布式信息处理技术、传感以及无线发送收集到的环境或各种信息监测和多跳网络传输到用户终端[2]。在军事、工业和农业，环境监测，健康，智能交通，安全，以及空间探索等领域无线传感器网络具有广泛应用前景和巨大的价值。 一个典型的无线传感器网络，通常包括传感器节点，网关和服务器，如图1
无线传感器网络的应用与影响因素分析 摘要：无线传感器网络在信息传输、采集、处理方面的能力非常强。最初，由于军事方面的需要，无线传感网络不断发展，传感器网络技术不断进步，其应用的X围也日益广泛，已从军事防御领域扩展以及普及到社会生活的各个方面。本文全面描述了无线传感器网络的发展过程、研究领域的现状和影响传感器应用的若干因素。关键词：无线传感器网络；传感器节点；限制因素applications of wireless sensor networks and influencing factors analysis liu peng (college of puter science,yangtze university,jingzhou434023,china) abstract:wireless sensor networks in the transmission of informa- tion,collecting,processing capacity is very strong.initially,due to the needs of the military aspects of wireless sensor networks,the continuous development of sensor network technology continues to progress its increasingly wide range of applications,from military defense field to expand and spread to various aspects of social life.a prehensive description of the development process of the wireless sensor network,the status of the research areas and a number of factors affecting the application of the sensor. keywords:wireless sensor networks;sensor nodes;limiting factor 一、无线传感器网络的技术起源以及特点
1武警部队监控平台架构介绍与设计 1.1监控系统的系统结构 基站监控系统的结构组成如上图所示，主要由三个大的部分构成，分别是监控中心、监控站点、监控单元。整个系统从资金、功能以及方便维护性出发，我们采用了干点加节点方式的监控方法。 监控中心（SC）：SC的定义是指整个系统的中心枢纽点，控制整个分监控站，主要的功能是起管理作用和数据处理作用。一般只在市级包括（地、州）设置相应的监控中心，位置一般在武警部队的交换中心机房内或者指挥中心大楼内。 区域监控中心（SS）：又称分点监控站，主要是分散在各个更低等级的区县，主要功能是监控自己所负责辖区的所有基站。对于固话网络，区域监控中心的管辖范围为一个县/区；移动通信网络由于其组网不同于固话本地网，则相对弱化了这一级。区域监控中心SS的机房内的设备配置与SC的差不多，但是不同的是功能不同以及SS的等级低于SC,SS的功能主要是维护设备和监控。 监控单元（SU）：是整个监控系统中等级最低的单元了，它的功能就是监控并且起供电，传输等等作用，主要由SM和其他供电设备由若干监控模块、辅助设备构成。SU侧集成有无线传感网络微设备，比如定位设备或者光感，温感设备等等。 监控模块（SM）：SM是监控单元的组成部分之一，主要作用监控信息的采集功能以及传输，提供相应的通信接口，完成相关信息的上传于接收。
2监控系统的分级管理结构及监控中心功能 基站监控系统的组网分级如果从管理上来看，主要采用两级结构：CSC集中监控中心和现场监控单元。CSC主要设置在运营商的枢纽大楼，主要功能为数据处理，管理远程监控单元，对告警信息进行分类统计，可实现告警查询和存储的功能。一般管理员可以在CSC实现中心调度的功能，并将告警信息进行分发。而FSU一般针对具体的某一个基站，具体作用于如何采集数据参数并进行传输。CSC集中监控中心的需要对FSU采集的数据参数进行报表统计和分析，自动生产图表并为我们的客户提供直观，方便的可视化操作，为维护工作提供依据，维护管理者可以根据大量的分析数据和报表进行快速反应，以最快的速度发现网络的故障点和优先处理点，将人力资源使用在刀刃上。监控中心CSC系统的功能中，还有维护管理类，具体描述如下： 1）实时报警功能 该系统的报警功能是指发现机房里的各种故障后，通过声音，短信，主界面显示的方式及时的上报给操作者。当机房内的动力环境，空调，烟感，人体红外等等发生变量后，这些数据通过基站监控终端上传到BTS再到BSC。最后由数据库进行分类整理后存储到SQLSEVRER2000中。下面介绍主要的几种报警方式： 2)声音报警 基站发生告警后，系统采集后，会用声卡对不一样的告警类别发出对应的语音提示。比如：声音的设置有几种，主要是以鸣叫的长短来区分的。为便于引起现场维护人员的重视紧急告警可设置为长鸣，不重要的告警故障设置为短鸣。这样一来可以用声音区分故障的等级，比方某地市的中心交换机房内相关告警声音设置，它的开关电源柜当平均电流达到40AH的时候，提示声音设置为长鸣，并立即发生短信告警工单。如果在夜晚机房无人值守的情况下：
一、课题研究目的 针对目前中国的交叉路口多，车流量大，交通混乱的现象研究一种控制交通信号灯的基于无线传感器的智能交通系统。 二、课题背景 随着经济的快速发展，生活方式变得更加快捷，城市的道路也逐渐变得纵横交错，快捷方便的交通在人们生活中占有及其重要的位置，而交通安全问题则是重中之重。据世界卫生组织统计，全世界每年死于道路交通事故的人数约有120 万，另有数100 万人受伤。中国拥有全世界1. 9 %的汽车，引发的交通事故占了全球的15 % ，已经成为交通事故最多发的国家。2000 年后全国每年的交通事故死亡人数约在10 万人，受伤人数约50万，其中60 %以上是行人、乘客和骑自行车者。中国每年由于汽车安全方面所受到的损失约为5180 亿(人民币)，死亡率为9 人/ 万·车，因此，有效地解决交通安全问题成为摆在人们面前一个棘手的问题。 在中国，城市的道路纵横交错，形成很多交叉口，相交道路的各种车辆和行人都要在交叉口处汇集通过。而目前的交通情况是人车混行现象严重，非机动车的数量较大，路口混乱。由于车辆和过街行人之间、车辆和车辆之间、特别是非机动车和机动车之间的干扰，不仅会阻滞交通，而且还容易发生交通事故。根据调查数据统计，我国发生在交叉口的交通事故约占道路交通事故的1/ 3，在所有交通事故类型中居首位，对交叉口交通安全影响最大的是冲突点问题，其在很大程度上是由于信号灯配时不合理(如黄灯时间太短,驾驶员来不及反应)，以及驾驶员不遵循交通信号灯，抢绿灯末或红灯头所引发交通流运行的不够稳定。随着我国经济的快速发展，私家车也越来越多，交通控制还是延续原有的定时控制，在车辆增加的基础上，这种控制弊端也越来越多的体现出来，造成了十字交叉路口的交通拥堵和秩序混乱，严重的影响了人们的出行。智能交通中的信号灯控制显示出了越来越多的重要性。国外已经率先开展了智能交通方面的研究。 美国VII系统(vehicle infrastructure integration)，利用车辆与车辆、车辆与路边装置的信息交流实现某些功能，从而提高交通的安全和效率。其功能主要有提供天气信息、路面状况、交叉口防碰撞、电子收费等。目前发展的重点主要集中在2个应用上: ①以车辆为基础; ②以路边装置为基础。欧洲主要是CVIS 系统(cooperative vehicle infrastructure system)。它有60 多个合作者，由布鲁塞尔的ERTICO 组织统筹，从2006 年2 月开始到2010年6月，工作期为4年。其目标是开发出集硬件和软件于一体的综合交流平台，这个平台能运用到车辆和路边装置提高交通管理效率，其中车辆不仅仅局限于私人小汽车，还包括公共交通和商业运输。日本主要的系统是UTMS 21 ( universal traffic management system for the 21st century , UTMS 21)。是以ITS 为基础的综合系统概念,由NPA (National Police Agency) 等5个相关部门和机构共同开发的，是继20 世纪90 年代初UTMS 系统以来的第2代交通管理系统，DSSS是UTMS21中保障安全的核心项目，用于提高车辆与过街行人的安全。因此，从国外的交通控制的发展趋势可以看出，现代的交通控制向着智能化的方向发展，大多采用计算机技术、自动化控制技术和无线传感器网络系统，使车辆行驶和道路导航实现智能化，从而缓解道路交通拥堵，减少交通事故，改善道路交通环境，节约交通能源，减轻驾驶疲劳等功能，最终实现安全、舒适、快速、经济的交通环境。
一、填空 1.无线传感器网络系统通常包含汇聚节点、传感器节点、管理节点。 2.传感器节点一般由通信模块、传感器模块、存储模块和电源模块 组成。 3.无线传感器节点的基本功能是：采集数据、数据处理、控制和通 信。 4.传感器节点通信模块的工作模式有发送、接收和空闲。 5.无线通信物理层的主要技术包括介质的选择、频段的选择、调制 技术和扩频技术。 6.扩频技术按照工作方式的不同，可以分为四种：直接序列扩频、 跳频、跳时和宽带线性调频扩频。 7.目前无线传感器网络采用的主要传输介质包括无线电波、光纤、 红外线等。 8.无线传感器网络可以选择的频段有：868MHz、915MHz、和5GHz。 9.传感器网络的电源节能方法：休眠机制、数据融合。 10.根据对传感器数据的操作级别，可将数据融合技术分为一下三类： 决策级融合、特征级融合、数据级融合。 11.根据融合前后数据的信息含量分类（无损失融合和有损失融合） 12.根据数据融合与应用层数据语义的关系分类（依赖于应用的数据 融合、独立于应用的数据融合、结合以上两种技术的数据融合）13.定向扩散路由机制可以分为三个阶段：兴趣扩散、梯度建立、路 径加强。
14.无线传感器网络的关键技术主要包括：时间同步机制、数据融合、 路由选择、定位技术、安全机制等。 15.无线传感器网络通信安全需求主要包括结点的安全保证、被动抵 御的入侵能力、主动反击入侵的能力。 16.标准用于无线局域网，标准用于低速无线个域网。 17.规定三种帧间间隔：SIFS、PIFS、DIFS。 18.标准为低速个域网制定了物理层和MAC子层协议。 19.ZigBee主要界定了网络、安全和应用框架层，通常它的网络层支 持三种拓扑结构：网状网络、树形网络、星型网络。 20.传感器网络中常用的测距方法有：接收信号强度指示、到达时间 差、到达角。 21.ZigBee网络分4层分别为：物理层、网络层、应用层、数据链路 层。 22.与传统网络的路由协议相比，无线传感器网络的路由协议具有以 下特点：能量优先、基于局部拓扑、以数据为中心、应用相关。 23.数据融合的内容主要包括：目标探测、数据关联、跟踪与识别、 情况评估与预测。 24.无线传感器网络信息安全需求主要包括数据的机密性、数据鉴别、 数据的完整性、数据的实效性。 25.传感器结点的限制条件是电源能量有限、通信能力有限、计算和 存储能力有限。
无线传感器网络的研究现状及发展 默认分类 2008-06-12 18:19:20 阅读910 评论0 字号：大中小 摘要：无线传感器网络(WSN>综合了传感器技术、微电子机械系统(MEMS>嵌入式计算技术．分布式信息处理技术和无线通信技术，能够协作地实时感知、采集、处理和传输各种环境或监测对象的信息．具有十分广阔的应用前景，成为国内外学术界和工业界新的研究领域研究热点。本文简要介绍了无线传感器网络的网络结构、节点组成，分析了无线传感器网络的特点及其与现有网络的区别。进而介绍现有无线传感器网络中的MAC层技术、路由技术、节点技术和跨层设计等关键技术。最后展望无线传俄器网络的应用和发展并指出关键技术的进步将起到决定性的促进作用。 关键词：无线传感器网络节点 MAC层路由协议跨层设计 Abstract: Wireless sensor network (WSN> is integration of sensor techniques, Micro-Electro-Mechanical Systems, embedded computation techniques, distributed computation techniques and wireless communication technique. They can be used for sensing, collecting, processing and transferring information of monitored objects for users. As a new research area and interest hotspot of academia and industries, Wireless Sensor Network(WSN> has a wide application future. This paper briefly introduced the wireless sensor network of networks, nodes, the analysis of the characteristics of wireless sensor networks and the differences wih the existing networks. And the MAC layer technology, routing technology, joint cross-layer design technology and key technology are introduced . At last the prospects of wireless sensor network are discussed in this article. Key Words: Wireless Sensor Network, node, MAC, routing protocol, Cross-layer design 一、概述 随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的发展进步，包括微电子机械系统 无线传感器网络技术试 题 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998 一、填空题 1. 传感器网络的三个基本要素：传感器、感知对象、用户(观察者) 2. 传感器网络的基本功能：协作式的感知、数据采集、数据处理、发布感知信息 3. 无线传感器节点的基本功能：采集数据、数据处理、控制、通信 4. 传感节点中处理部件用于协调节点各个部分的工作的部件。 5. 基站节点不属于传感器节点的组成部分 6. 定向扩散路由机制可以分为三个阶段：兴趣扩展阶段、梯度建立阶段、路径加强阶段 7. 无线传感器网络特点：大规模网络、自组织网络、可靠的网络、以数据为中心的网络、应用相关的网络 8. NTP时间同步协议不是传感器网络的的时间同步机制。 物理层。介质访问控制层 10. 从用户的角度看，汇聚节点被称为网关节点。 11. 数据融合的内容主要包括：多传感器的目标探测、数据关联、跟踪与识别、情况评估和预测 13. 传感器网络的电源节能方法：_休眠（技术）机制、__数据融合 14. 分布式系统协同工作的基础是时间同步机制 15. 无线网络可以被分为有基础设施的网络与没有基础设施的网络，在无线传感器网络，Internet网络，WLan网络，拨号网络中，无线传感器网络属于没有基础设施的网络。 16. 传感器网络中，MAC层与物理层采用的是IEEE制定的IEEE协议 17. 分级结构的传感器网络可以解决平面结构的拥塞问题 18. 以数据为中心特点是传感器网络的组网特点，但不是Ad-Hoc的组网特点 19. 为了确保目标节点在发送ACK过程中不与其它节点发生冲突，目标节点使用了SIFS帧间间隔 20. 典型的基于竞争的MAC协议为CSMA 二、选择题 1.无线传感器网络的组成模块分为：通信模块、（）、计算模块、存储模块和电源模块。A A．传感模块模块 C网络模块 D实验模块 2..在开阔空间无线信号的发散形状成（）。A A．球状 B网络 C直线 D射线 3.当前传感器网络应用最广的两种通信协议是（）D A. B. C. D. 4.ZigBee主要界定了网络、安全和应用框架层，通常它的网络层支持三种拓扑结构，下列哪种不是。D A．星型结构、B网状结构C簇树型结构D树形结构 5.下面不是传感器网络的支撑技术的技术。B A．定位技术B节能管理C时间同步D数据融合 6.下面不是无线传感器网络的路由协议具有的特点D A．能量优先 B.基于局部拓扑信息 C.以数据为中心 D预算相关 7.下面不是限制传感器网络有的条件C A电源能量有限 B通信能力受限 C环境受限 D计算和存储能力受限 文章编号:1004-9037(2009)02-0254-05 基于无线传感网络的大型结构健康监测系统 尚 盈 袁慎芳 吴 键 丁建伟 李耀曾 (南京航空航天大学智能材料与结构航空科技重点实验室,南京,210016) 摘要:针对大型碳纤维复合材料机翼盒段壁板结构,实现了基于无线传感网络的多点应变结构健康监测系统,采用自组织竞争神经网络成功判别了集中载荷模拟的损伤位置。本系统由传感采集子系统、无线传感网络子系统和终端监控子系统三部分组成。为了降低系统网络功耗及成本,提高系统的稳定性和可靠性,改善传感网络的实时性和同步性,设计了可直接配接无线传感网络节点的低功耗多通道应变传感器信号调理电路和基于无线传感网络的层次路由协议,开发了多通道应变数据采集、网络簇头转发和中继节点接收等主要软件模块。实验证明,相比于传统有线的监测方法和数据采集系统,基于无线传感网络的结构健康监测系统具有负重轻、成本低、易维护和搭建移动方便等优点。 关键词:无线传感网络;结构健康监测;层次路由协议;自组织竞争网络中图分类号:T P2;T P9 文献标识码:A 基金项目:国家“八六三”高技术研究发展计划(2007AA 032117)资助项目;国家自然科学基金(60772072,50420120133)资助项目;航空基金(20060952)资助项目。 收稿日期:2007-09-05;修订日期:2008-04-17 Large -Scale Structural Health Monitoring System Based on Wireless Sensor Networks S hang Ying ,Yuan Shenf ang ,Wu J ian ,Ding J ianw ei ,L i Yaoz eng (T he A ero nautic Key La bo rat or y o f Smart M ater ial and Str uct ur e,N anjing U niv ersit y o f Aer onautics and A str onautics,N anjing,210016,China) Abstract :Aimed at the large-scale structure and anisotropy nature o f the carbon fiber compos-ite material w ing box ,a large-scale structural health m onitoring system based on w ireless sen-sor netw orks is presented .A kind of artificial neural netw ork is designed to distinguish the damag e locatio n simulated by the co ncentrated load .The sy stem co nsists o f the sensor data ac-quisition,the w ireless sensor netw or ks,and the terminal monitoring sub-sy stem s.To im pro ve the performance o f the system ,the signal conditio ning circuit and the hierarchical routing pro -to col are designed based o n w ireless sensor netw orks ,the prog rams of data acquisition and Sink node are ex ploited.Experimental result pro ves that the system has advantag es of flexibili-ty o f deplo yment,low maintenance and deploym ent costs . Key words :w ir eless senso r netw or ks ;str uctural health monitoring ;hierarchical routing ;self -org anizing com petitive netw o rk 引 言 结构健康监测技术是采用智能材料结构的新概念,利用集成在结构中的先进传感/驱动元件网络,在线实时地获取与结构健康状况相关的信息(如应力、应变、温度、振动模态、波传播特性等),结 合先进的信号信息处理方法和材料结构力学建模 方法,提取特征参数,识别结构的状态,包括损伤,并对结构的不安全因素在其早期就加以控制,以消除安全隐患或控制安全隐患的进一步发展,从而实现结构健康自诊断、自修复、保证结构的安全和降低维修费用[1]。 无线传感网络节点具有局部信号处理的功能, 第24卷第2期2009年3月数据采集与处理Jour nal of D ata A cquisition &P ro cessing Vo l.24N o.2M a r.2009 无线传感器网络面临的安全隐患及安全定位机制 随着通信技术的发展，安全问题显得越来越重要。在现实生活中，有线网络已经深入到千家万户：互联网、有线电视网络、有线电话网络等与人们生活的联系越来越紧密，已经成为必不可少的一部分，有线网络的安全问题已经能够得到有效的解决。在日常生活中，人们可以放心的使用这些网络，利用它来更好的生活和学习。然而随着无线通信技术的不断发展，无线网络在日常生活中已占据重要的地位，如无线LAN技术、3G技术、4G技术等，同时也有许多新兴的无线网络技术如无线传感器网络，Ad-hoc等有待进一步发展。随着人们对无线通信的依赖越来越强烈，无线通信的安全问题也面临着重要的考验。本章首先介绍普通网络安全定位研究方法，随后介绍无线传感器网络存在的安全隐患以及常见的网络攻击模型，分析比较这些攻击模型对定位的影响，最后介绍已有的一些安全定位算法，为后续章节的相关研究工作打下基础。 3.1 安全定位研究方法 不同的定位算法会面临着不同的安全方面的问题，安全定位的研究方法可以采用图3-1所示的流程来进行。 图3-1安全定位方法研究流程图 Figure 3-1 Flowchart of security positioning research method 在研究中首先要找出针对不同定位算法的攻击模型，分析这些攻击对定位精度所造成的影响，然后从两方面入手来解决这个安全问题或隐患：一方面改进定位算法使得该定位算法不易受到来自外界的攻击，另一方面可以设计进行攻击检测判断及剔除掉受到攻击的节点的安全定位算法或者把已有的安全算法进行改进使之能够应用于无线传感器网络定位，还可以从理论上建立安全定位算法的数学模型，分析各种参数对系统性能的影响，最后根据这个数学模型对算法进行仿真，并把仿真结果作为反馈信息，对安全定位算法进一步优化和改进，直到达到最优为止。 3.2 安全隐患 由于无线传感器网络随机部署、网络拓扑易变、自组织成网络和无线链路等特点，使其面临着更为严峻的安全隐患。在传感器网络不同的定位算法中具有不同的定位思想，所面临的安全问题也不尽相同。攻击者会利用定位技术的弱点设计不同的攻击手段，因此了解各定位系统自身存在的安全隐患和常见的攻击模型对安全定位至关重要。 影响无线传感器网络定位的原因大致可以分为两类：其一，节点失效（如节点被破坏、电量耗尽）、环境毁坏（通信干扰）等引起的定位误差；其二，恶意攻击[30]，攻击者主要是通过内部攻击和外部攻击两种方式来增大无线传感器网络的定位误差或使节点定位失效。 采用不同的定位算法，系统存在不同的安全隐患。按照定位算法的分类将安全隐患大致分为：基于测距的定位的安全隐患和基于无需测距定位的安全隐患。 3.2.1 基于测距定位的安全隐患 基于测距的定位技术需要测量未知节点和参考节点之间的距离或方位信息。攻击者主要针对定位系统位置关系的测量阶段和距离估计阶段进行攻击。在测距阶段，攻击者通过改变测距所需要的参数或者产生干扰和欺骗以增大误差，达到攻击的目的。 基于测距定位的攻击手段主要有以下几种：（1）通过移动、隔离信标节点来 无线传感器网络技术的应用 摘要：无线传感器网络(WSN)是新兴的下一代传感器网络，在国防安全和国民经济各方面均有着广阔的应用前景。本文介绍了无线传感器网络的组成和特点，讨论了无线传感器网络在军事、瓦斯监测系统、智能家具，环境监测，农业。交通等方面的现有应用，最后提出无线传感器网络技术需要解决的问题。 关键词：无线传感器网络，军事、瓦斯监测系统、智能家具，环境监测，农业。交通。 1．无线传感器网络研究背景以及发展现状 随着半导体技术、通信技术、计算机技术的快速发展，90年代末，美国首先出现无线传感器网络（WSN）。1996年，美国UCLA大学的William J Kaiser教授向DARPA提交的“低能耗无线集成微型传感器”揭开了现代WSN网络的序幕。1998年，同是UCLA大学的Gregory J Pottie教授从网络研究的角度重新阐释了WSN的科学意义。在其后的10余年里，WSN网络技术得到学术界、工业界乃至政府的广泛关注，成为在国防军事、环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑物结构监控、复杂机械监控、城市交通、空间探索、大型车间和仓库管理以及机场、大型工业园区的安全监测等众多领域中最有竞争力的应用技术之一。美国商业周刊将WSN网络列为21世纪最有影响的技术之一，麻省理工学院(MIT)技术评论则将其列为改变世界的10大技术之一。WSN是由布置在监测区域内传感器节点以无线通信方式形成一个多跳的无线自组网（Ad hoc），其目的是协作的感知，采集 和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者是WSN的三要素。将Ad hoc技术与传感器技术相结合，人们可以通过WSN感知客观世界，扩展现有网络功能和人类认识世界的能力。WSN技术现已经被广泛应用。图为WSN基本结构。 WSN经历了从智能传感器，无线智能传感器到无线传感器三个发展阶段，智能传感器将计算能力嵌入传感器中，使传感器节点具有数据采集和信息处理能力。而无线智能传感器又增加了无线通信能力，WSN将交换网络技术引入到智能传感器中使其具备交换信息和协调控制功能。 无线传感网络结构由传感器节点，汇聚节点，现场数据收集处理决策部分及分散用户接收装置组成，节点间能够通过自组织方式构成网络。传感器节点获得的数据沿着相邻节点逐跳进行传输，在传输过程中所得的数据可被多个节点处理，经多跳路由到协调节点，最后通过互联网或无线传输方式到达管理节点，用户可以对传感器网络进行决策管理、发出命令以及获得信息。无线传感器网络在农业中的运用是推进农业生产走向智能化、自动化的最可行的方法之一。近年来国际上十分关注WSN在军事，环境，农业生产等领域的发展，美国和欧洲相继启动了WSN研究计划，我国于1999年正式启动研究。国家自然科学基金委员会在2005年将网络传感器中基础理论在一篇我国20年预见技术调查报告中，信息领域157项技术课题中7项与传感器网络有直接关系，2006年初发布的《国家长期科学与技术发展无线传感器网络技术试题
基于无线传感网络的大型结构健康监测系统_尚盈
无线传感器网络面临的安全隐患及安全定位机制
无线传感器网络技术的应用
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