傳感器網(wǎng)絡技術論文
傳感器網(wǎng)絡技術論文
傳感器被越來越多地布置到實際的網(wǎng)絡環(huán)境中，用于實現(xiàn)某些應用。無線傳感器網(wǎng)絡已經(jīng)成為了科學研究領域最前沿的課題之一，這是學習啦小編為大家整理的傳感器網(wǎng)絡技術論文，僅供參考!
傳感器網(wǎng)絡技術論文篇一
無線傳感器網(wǎng)絡技術
【摘要】 傳感器被越來越多地布置到實際的網(wǎng)絡環(huán)境中，用于實現(xiàn)某些應用。無線傳感器網(wǎng)絡已經(jīng)成為了科學研究領域最前沿的課題之一，引起了工業(yè)界和學術界眾多研究者的關注。通過總結相關方面的工作，綜述在不同領域中無線傳感器網(wǎng)絡的實際應用，并對具體應用的一些重要特性進行分析，在此基礎上提出若干值得繼續(xù)研究的方面。
【關鍵詞】 無線傳感器 網(wǎng)絡應用
隨著近距離、低功耗無線通信技術的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(WirelessSensorNetwork，WSN)應運而生。WSN是由具有感知、計算和通信能力的微型傳感器以Adhoc方式構成的無線網(wǎng)絡，通過大量節(jié)點間的分工協(xié)作，實時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行處理，獲得詳盡而準確的信息，最終傳送到需要這些信息的用戶。WSN可廣泛應用于國防軍事、國家安全、環(huán)境監(jiān)測、交通管理、醫(yī)療衛(wèi)生、制造業(yè)、反恐抗災乃至商業(yè)和家庭等諸多領域，正受到政府、軍隊、研究機構、商業(yè)界的廣泛關注和高度重視，具有十分廣闊的應用前景，是目前非常活躍的一個領域。WSN是在移動AdHoc網(wǎng)絡的基礎上發(fā)展起來的，在自組織的組網(wǎng)方式和多跳通信等方面與移動Adhoc網(wǎng)絡具有相似性，但WSN在組網(wǎng)方式和具體應用上存在一些新的特點，主要表現(xiàn)為：與Adhoc網(wǎng)絡中節(jié)點的動態(tài)移動相比，WSN的節(jié)點位置相對固定，網(wǎng)絡拓撲會因節(jié)點能量耗盡而發(fā)生變化;由于節(jié)點體積較小，傳感器網(wǎng)絡具有許多資源上的限制，比如有限的電池功率和有限的網(wǎng)絡通信帶寬等;傳感器節(jié)點間更多的是一種協(xié)作而非競爭的關系，為了完成共同目標而相互協(xié)作;不同節(jié)點采集的數(shù)據(jù)間具有一定相關性，需要進行數(shù)據(jù)會聚以減小冗余信息的轉(zhuǎn)發(fā)，降低通信負荷;WSN中的應用多為多對一的情形，即存在一個Sink節(jié)點來收集數(shù)據(jù)并與外界通信等等。無線傳感器網(wǎng)絡是新一代的傳感器網(wǎng)絡，具有非常廣泛的應用前景，其發(fā)展和應用，將會給人類的生活和生產(chǎn)的各個領域帶來深遠影響。發(fā)達國家，非常重視無線傳感器網(wǎng)絡的研究和發(fā)展，如美國國防部和各軍事部門都對WSN給予了高度重視，在C4ISR的基礎上提出了C4KISR計劃，強調(diào)戰(zhàn)場情報的感知能力、信息的綜合能力和信息的利用能力，把WSN作為一個重要研究領域，設立了一系列的軍事傳感器網(wǎng)絡研究項目。美國自然科學基金委員會(NSF)2003年制定了WSN的研究計劃，投資3400萬美元，支持相關基礎理論的研究。在NSF的推動下，美國的加州大學伯克利分校、麻省理工學院、洛克維爾研究中心、加州大學洛杉磯分校等機構開始了WSN的基礎理論和關鍵技術的研究。英國、日本、意大利等國家的一些大學和研究機構也紛紛開展了該領域的研究工作。學術界的研究主要集中在傳感器網(wǎng)絡技術和通信協(xié)議的研究上，也開展了一些感知數(shù)據(jù)查詢處理技術的研究，取得了一些初步研究結果。
IEEE正在努力推進無線傳感器網(wǎng)絡的應用和發(fā)展，美國的《技術評論》雜志在論述未來新興十大技術時，更是將無線傳感器網(wǎng)絡列為第一項未來新興技術，《商業(yè)周刊》預測的未來四大新技術中，無線傳感器網(wǎng)絡也列入其中?？梢灶A計，無線傳感器網(wǎng)絡的廣泛是一種必然趨勢，它的出現(xiàn)將會給人類社會帶來極大的變革。
一、無線傳感器網(wǎng)絡的組成
一個完整的無線傳感器網(wǎng)絡的體系結構主要由傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點、用戶節(jié)點三部
分組成。大量傳感器節(jié)點被放置在監(jiān)測區(qū)域(云圖包圍部分)，假定傳感器節(jié)點A有監(jiān)測數(shù)據(jù)要上報到用戶節(jié)點，則通過自組織路由協(xié)議建立A，B，C，D之間的無線鏈路，D再通過與之連接的匯聚節(jié)點將數(shù)據(jù)經(jīng)由衛(wèi)星、互聯(lián)網(wǎng)或移動通信網(wǎng)等傳輸網(wǎng)絡送達用戶節(jié)點。由于被監(jiān)測區(qū)域往往不方便建立固定設施及有線鏈路，因此傳感器節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸通常采取無線方式，而匯聚節(jié)點與用戶節(jié)點之間的傳輸既可采用有線方式，也可采用無線方式。
在無線傳感器網(wǎng)絡中，傳感器節(jié)點是整個網(wǎng)絡的基礎，它們擔負著感知數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、存儲數(shù)據(jù)及傳輸數(shù)據(jù)的功能。
傳感器節(jié)點主要由傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、計算模塊、存儲模塊、通信模塊、電源模塊幾部分組成，并在嵌人式軟件系統(tǒng)的支持下完成傳感器節(jié)點的各項功能。傳感器負責各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的獲取，將感知對象轉(zhuǎn)變成電信號。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將非數(shù)字監(jiān)測信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，方便后期處理。計算模塊和存儲模塊主要處理傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換送來的監(jiān)測數(shù)據(jù)。通信模塊將計算模塊的處理結果通過無線方式傳輸?shù)较乱粋€節(jié)點。
二、無線傳感網(wǎng)的熱點研究問題
2.1 安全問題
2.1.1 安全路由
通常，在無線傳感器網(wǎng)絡中，大量的傳感器節(jié)點密集分布在一個區(qū)域里，消息可能需要經(jīng)過若干節(jié)點才能到達目的地，而且傳感器網(wǎng)絡具有動態(tài)性和多跳結構，要求每個節(jié)點都應具有路由功能。由于每個節(jié)點都是潛在的路由節(jié)點，因此更易受到攻擊，使網(wǎng)絡不安全。網(wǎng)絡層路由協(xié)議為整個無線傳感器網(wǎng)絡提供了關鍵的路由服務，安全的路由算法會直接影響無線傳感器網(wǎng)絡的安全性和可用性。安全路由協(xié)議一般采用鏈路層加密和認證、多路徑路由、身份認證、雙向連接認證和認證廣播等機制，有效提高網(wǎng)絡抵御外部攻擊的能力，增強路由的安全性。
2.1.2 安全協(xié)議
在安全保障方面主要有密鑰管理和安全組播兩種方式。1)密鑰管理：無線傳感器網(wǎng)絡有諸多限制，例如節(jié)點能力限制，使其只能使用對稱密鑰和Hash技術;電源能力限制，應使其在無限傳感器網(wǎng)絡中盡量減少通信，因為通信的耗電將大于計算的耗電;傳感器網(wǎng)絡還應考慮匯聚等減少數(shù)據(jù)冗余的問題。在部署節(jié)點前，將密鑰預先配置在節(jié)點中，通常，預配置的密鑰方案通過預存的秘密信息計算會話密鑰，由于節(jié)點存儲和能量的限制，預配置密鑰管理方案必須考慮節(jié)省存儲空間和減少通信開銷。2)安全組播：無線傳感器網(wǎng)絡可能設置在敵對環(huán)境中，為了防止供給者向網(wǎng)絡注入偽造信息，需要在無線傳感器網(wǎng)絡中實現(xiàn)基于源端認證的安全組播。
2.2 能量問題
傳感器的節(jié)點分布眾多，并且需要進行監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理等活動，而無線傳感器網(wǎng)絡中的節(jié)點一般用電池供電，可使用的電量非常有限，并且對于有成千上萬節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡來說，更換電池非常困難，甚至是不可能的，但是卻要求無線傳感器網(wǎng)絡的生存時間長達數(shù)月甚至數(shù)年，因此，如何在不影響功能的前提下，盡可能節(jié)約無線傳感器網(wǎng)絡的電池能量成為無線傳感器網(wǎng)絡軟硬件設計中的核心問題。現(xiàn)在已有一些解決方法，在大多數(shù)網(wǎng)絡應用中，由于傳感器節(jié)點監(jiān)測事件的偶發(fā)性，沒有必要讓所有單元均工作在正常狀態(tài)下，可采用休眠模式，能自適應的休眠和喚醒，進行突發(fā)工作，節(jié)省能量。還可將所有功耗單元有機組合，形成不同狀態(tài)，讓傳感器節(jié)點能根據(jù)需要在不同狀態(tài)間切換，這樣既可以滿足系統(tǒng)需要，又節(jié)省了能源。還可以動態(tài)調(diào)節(jié)電壓以節(jié)省能量，根據(jù)負載狀態(tài)動態(tài)調(diào)節(jié)供電電壓，形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，節(jié)省能量?？傊?，在滿足系統(tǒng)要求的情況下，采用各種方法降低耗電量非常必要。
三、總結
本文總結了當前制約無線傳感器網(wǎng)絡實際應用的因素及目前的研究熱點。無線傳感網(wǎng)絡最終將成為聯(lián)系信息世界和客觀物理實際的接口，從而人類可以通過傳感器網(wǎng)絡獲得客觀物理世界的信息并采取相應措施。
參考文獻
[1] 崔莉，鞠海玲，苗勇，李天璞，劉巍，趙澤.無線傳感器網(wǎng)絡研究進展[J].計算機研究與發(fā)展.2005(1)
[2] 任豐原，黃海寧，林闖.無線傳感器網(wǎng)絡[J].軟件學報.2003(7)
傳感器網(wǎng)絡技術論文篇二
無線傳感器網(wǎng)絡安全技術
摘要：無線傳感器網(wǎng)絡作為一種相對較新的網(wǎng)絡技術，能在許多方面發(fā)揮出自己的獨特作用，但因為對技術基礎的要求非常高，所以長期以來其應用領域一直被局限在軍事上。近些年來，隨著技術的進步，這種網(wǎng)絡技術的應用領域逐漸拓展，在多個民用領域也得到了一定的普及。文章以無線傳感器網(wǎng)絡的概念特征和應用特征為基礎，分析了該網(wǎng)絡在安全技術方面的常見問題，并提出了目前主要的5種安全防護措施，希望有助于相關研究運用的進一步發(fā)展。
關鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡;安全技術;技術應用
無線傳感器網(wǎng)絡的民用化進程近些年來顯著加快，其應用安全問題也越來越為人們所關注。但從現(xiàn)狀來看，相關安全技術的實際應用并不理想，以目前對無線傳感器網(wǎng)絡應用較多的醫(yī)療領域為例，網(wǎng)絡滯澀現(xiàn)象非常嚴重，物理損壞率很高，實際運作的可用網(wǎng)絡空間與節(jié)點往往不足50%，安全問題導致了應用能效的極大下降。因此文章將針對這種特殊網(wǎng)絡的常見安全技術問題加以分析并探析其安全技術的發(fā)展方向。
1無線傳感器網(wǎng)絡概述
無線傳感器網(wǎng)絡是一種以大量的外部傳感器作為末梢的分布傳感網(wǎng)絡，這些傳感器可以以無線的方式進行外部通信。由于網(wǎng)絡靈活性非常高，而且三次元涵蓋面極廣，所以被認為在軍事上有很大的發(fā)展?jié)摿?，近些年來更進一步進行了大量的民用應用研究。但民間的技術力畢竟與軍方有一定的差距，所以無線傳感器網(wǎng)絡在民用領域的應用推廣面臨了一系列的困難，安全技術問題正是其中一例。
2無線傳感器網(wǎng)絡在安全上的技術問題
2.1安全機制缺失問題
雖然無線傳感器網(wǎng)絡近些年的民用發(fā)展很快，但從總體水平來看仍遠不及普通網(wǎng)絡，在諸多方面都存在著一定的局限性，比如后文將要說明的節(jié)點能量、通信穩(wěn)定性等。在這種情況下，很難系統(tǒng)性地構建完整的安全防護機制，因此目前的安全措施大多是分散的、階段性的，只針對無線傳感器網(wǎng)絡中的個別節(jié)點，所以不僅漏洞很多，而且有效性也難以保障，安全隱患擴散的幾率相當高。
2.2節(jié)點能量限制問題
無線傳感器的網(wǎng)絡節(jié)點通常具有小型化、廣域化特征，所以一旦部署完畢，不僅難以更換，而且充電也很困難?？闪硪环矫?，無線網(wǎng)絡設備中有相當一部分屬于高能耗設備，對能量的需求量非常大，這樣一來容量小、充電困難的網(wǎng)絡節(jié)點很難滿足長效的能量需求。這種能量限制不僅會阻礙無線傳感器網(wǎng)絡通訊功能的進一步發(fā)展，而且會對安全技術的應用造成一定的負面影響。因為目前常用的安全算法中，有相當一部分會消耗大量的能量，在節(jié)點能量的限制下，這些安全算法無法使用，需要研究新的節(jié)能型安全算法。
2.3節(jié)點組織隨機問題
無線傳感器網(wǎng)絡的構成基礎是大量成規(guī)模的傳感器，這些傳感器的布置往往存在很強的自發(fā)性，而不是根據(jù)系統(tǒng)化、規(guī)范化的章程制度加以布置，在這種情況下，節(jié)點組織在布置上的隨機性無法避免。這種隨機性令安全技術在應用上面臨很大的困難，因為節(jié)點位置隨機，所以無法進行先期預知，先期安全防護自然無法實現(xiàn)，導致了節(jié)點安全防護的滯后性。
2.4節(jié)點物理安全問題
由于節(jié)點較小，所以在無線傳感器網(wǎng)絡中時常會產(chǎn)生被俘節(jié)點，這是一種物理安全問題。為了保證網(wǎng)絡整體的運作效率，當被俘節(jié)點產(chǎn)生時，有必要迅速對其進行檢測和拆除，否則被俘節(jié)點造成的安全隱患有進一步擴大化的可能。但目前來看，我們?nèi)匀狈Φ谝粫r間發(fā)現(xiàn)和拆除被俘節(jié)點的有效手段，而且拆除被俘節(jié)點這個行為本身也有可能令安全隱患發(fā)生擴散。
2.5通信穩(wěn)定低下問題
使用無線傳感器網(wǎng)絡實現(xiàn)的通信屬于一種無線通信，所以本身就具有無線通信固有的諸多通信不穩(wěn)定特征，比如無線信道不穩(wěn)、節(jié)點并發(fā)沖突等。此外，這種特殊的網(wǎng)絡還具有自身獨有的一些通信穩(wěn)定性問題，例如，由于該類網(wǎng)絡中多條路由同時存在，所以延遲性很強，在傳輸信息時，個別信息被攔截或者泄漏的可能性很高，在這種情況下，網(wǎng)絡通信的安全性與穩(wěn)定性都受到很大的負面影響。
3無線傳感器網(wǎng)絡在安全上的技術措施
3.1通過密碼技術保障網(wǎng)絡安全
在無線傳感器網(wǎng)絡的安全保障措施中，密碼技術是較為傳統(tǒng)也較為常規(guī)的一種。這種技術通過建立密鑰來構成網(wǎng)絡安全機制，通常情況下代碼和數(shù)據(jù)的長度越長，防護等級越高，但這兩項參數(shù)的長度增加會導致處理時間延長、能耗增大，進而令無線傳感器網(wǎng)絡的運作能效降低，所以在實際應用時要注意網(wǎng)絡的基礎條件，平衡安全防護能力和實際應用性。
3.2通過安全路由保障網(wǎng)絡安全
通常情況下，路由只追求效率和能耗兩大指標，對安全防護方面的要求比較低，在普通網(wǎng)絡中，路由安全問題相對較少，但無線傳感器網(wǎng)絡由于具有多路由延遲，所以路由安全風險非常高。為此，安全路由技術被作為一種網(wǎng)絡安全保障措施引入，具體來說，就是應用多種安全路由協(xié)議對多路徑下的路由風險進行防范或者危害限制。
3.3通過密鑰管理保障網(wǎng)絡安全
密鑰管理是另一種網(wǎng)絡安全保障技術，嚴格來說，這種安全技術是從屬于密碼技術的，是對密碼技術中所創(chuàng)立的密鑰采取的安全管理措施。需要注意的是，雖然普通網(wǎng)絡已經(jīng)有了較為完善的密鑰管理技術，但是在網(wǎng)絡拓撲嚴重不穩(wěn)定的無線傳感器網(wǎng)絡中，這種傳統(tǒng)技術的應用適性很低，所以目前使用的大多是針對無線傳感器網(wǎng)絡特征開發(fā)的特殊密鑰管理技術，比如預共享密鑰模型等。
3.4通過入侵檢測保障網(wǎng)絡安全
以密碼技術為基礎構建的安全防護機制有一定的缺陷，具體來說，雖然可以對外來節(jié)點入侵加以識別，但對被捕獲節(jié)點的入侵識別是做不到的。為此，相關人士研究了入侵監(jiān)測技術，嘗試通過SEF機制來識別網(wǎng)絡中的虛假數(shù)據(jù)，用鄰接節(jié)點評價機制來識別惡意節(jié)點。這兩種入侵檢測技術可以通過密碼以外的技術進行被俘節(jié)點的檢測，但相對的需要消耗更多的能量，所以在應用上仍待完善。
3.5通過數(shù)據(jù)融合保障網(wǎng)絡安全
無線傳感器網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)大多是融合后使用的，但由于聚合數(shù)據(jù)中有可能存在虛假數(shù)據(jù)，所以最終融合值的安全性難以保障，在這種情況下我們需要安全融合措施。具體來說，一方面要借助上文所述的入侵檢測技術分析和識別惡意節(jié)點，另一方面要訂立安全評估用的數(shù)學框架，以對數(shù)據(jù)融合過程進行安全評價，規(guī)避惡意數(shù)據(jù)的干擾。
4結語
總體來說，無線傳感器網(wǎng)絡目前的安全技術研究比較繁雜，各種技術理論和安全應用策略層出不窮，這些安全技術的應用適性和應用條件各有差異，在實際應用時應結合網(wǎng)絡的實際情況選擇適性最高的技術進行應用發(fā)展。需要注意的是，從目前的技術水平來看，無線傳感器網(wǎng)絡的硬件功能不夠完善，這是目前導致各項安全問題與應用能效低下的最根本原因。文章所提出的諸多措施雖然能在現(xiàn)有技術層面上提高無線傳感器網(wǎng)絡的安全性，但能效依然是比較有限的，只要硬件功能不改善，各項安全隱患就依然存在。因此，盡快針對無線傳感器網(wǎng)絡的硬件進行優(yōu)化，開發(fā)出高強度、高容量、低能耗的網(wǎng)絡元件，才是提高網(wǎng)絡安全水平與運作能效的根本性措施。
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