無線感測器網路技術實驗二

Ⅰ 無線感測器網路

無線感測器網路：是一種分布式感測網路，它的末梢是可以感知和檢查外部世界的感測器。無線感測器網路中的感測器通過無線方式通信，因此網路設置老寬早靈活，設備位置可以隨時更改，還可以跟互聯網進行有線或無線方式的連接。通過無線通信方式形成的一個多巧卜跳自組織網路。

無線感測器網路的發展得益於微機電系統、片上系統侍雀、無線通信和低功耗嵌入式技術的飛速發展。無線感測器網路廣泛應用於軍事、智能交通、環境監控、醫療衛生等多個領域。

Ⅱ 無線感測器在網路中的應用設計

下面是由整理的畢業設計論文《無線感測器在網路中的應用設計》，歡迎閱讀。

1引言

無線感測器網路(Wireless Sensor Networks，簡稱WSNs)是由部署在監測區域內大量的廉價微型感測器節點組成，通過無線通信形成一個多跳自組織網路系統，能夠實時監測、感知和採集網路分布區域內監視對象的各種信息，並加以處理，完成數據採集和監測任務。WSNs綜合了感測器、嵌入式計算、無線通訊、分布式信息處理等技術，具有快速構建、自配置、自調整拓撲、多跳路由、高密度、節點數可變、無統一地址、無線通信等特點，特別適用於大范圍、偏遠距離、危險環境等條件下的實時信息監測，可以廣泛應用於軍事、交通、環境監測和預報、衛生保健、空間探索等各個領域。

2節點的總體設計和器件選型

2.1節點的總體設計

WSNs微型節點應用數量比較大，更換和維護比較困難，要求其節點成本低廉和工作時間盡可能長;功能上要求WSNs中不應該存在專門的路由器節點，每個節點既是終端節點，又是路由器節點。節點間採用移動自組織網路聯系起來，並採用多跳的路由機制進行通信。因此，在單個節點上，一方面硬體必須低能耗，採用無線傳輸方式;另一方面軟體必須支持多跳的路由協議。基於這些基本思想，設計了以高蘆此空檔8位AVR單片機ATmega128L為核心，結合外圍感測器和2.4 GHz無線收發模塊CC2420的WSNs微型節點。這兩款器件的體積非常小，加上外圍電路，其整體體積也很小，非常適合用作WSNs節點的元件。

圖1給出WSNs微型節點結構。它由數據採集單元、數據處理單元、數據傳輸單元和電源管理單扒汪元4部分組成。數據採集單元負責監測區域內信息的採集和數據轉換，設計中包括了可燃性氣體感測器和濕度感測器;數據處理單元負責控制整個節點的處理操作、路由協議、同步定位、功耗管理、任務管理等;數據傳輸單元負責與其他節點進行無線通信，交換控制消息和收發採集數據;電源管理單元選通所用到的感測器，節點電源由幾節AA電池組成，實際工業應用中採用微型紐扣電池，以進一步減小體積。為了調試方便及可擴展性，可將數據採集單元獨立出來，做成兩塊能相互套接的可擴展主板。

2.2處理器選型

處理器的選型要求和指標是功耗低，保證長時間不更換電源也能順利工作，供給電壓小於5 V，有較快的處理速度和能力，由於節點是需要大量安置的，所以價格也要相對便宜。選用AVR單片機，考慮到電路中I/O的個數不多，功耗低、成本低、適合與無線器件介面配合等多方面因素，綜合對比後，選用Atmel公司的ATmega128L。該微型控制器擁有豐富的片上資源，包括4個定時器、4 KB SRAM、128KB Flash和4 KBEEPROM;擁有UART、SPI、I2C、JTAG介面，方便無線器件和感測器的接入;有6種電源節能模式，方便低功耗設計。

2.3無線通信器件選型 CC2420是一款符合ZigBee技術的高集成度工業用射頻收發器，其MAC層和PHY層協議符合802.15.4規范，工作於2.4 GHz頻段。該器件只需極少外部元件，即可確保短距離通信的有效性和可靠性。數據傳輸單元模塊支持數據傳輸率高達250 Kb/s，即可實現多點對多點的快速組網，系統體積小、成本低、功耗小，適於電池長期供電，具有硬體加密、安全可靠、組網靈活、抗毀性強等特點。

2.4感測器選型

由於WSNs是用於礦下安全監測，常要檢測礦下可燃氣體的濃度(預防瓦斯氣體濃度過高)和空氣濕度，所以要選擇測量氣體濃度和濕度的感測器。

2.4.1 HIH-4000系列測濕感測器

HIH-4000系列測濕感測器作為一個低成本、可軟焊的單個直插式組件(SIP)能提供儀表測量質量的相對濕度(RH)感測性能。RH感測器可用在二引線間有間距的配量中，它是一個熱固塑料型電容感測元件，其內部具有信號處理功能。感測器的多層結構對應用環境的不利因素，諸如潮濕、灰塵、污垢、油類和環境中常見的化學品具有最佳的抗力，因此可認定陪瞎它能適用礦下環境。

2.4.2 MR511熱線型半導體氣敏元件

MR511型氣敏元件利用氣體吸附在金屬氧化物半導體表面而產生熱傳導變化及電傳導變化的原理，由白金線圈電阻值變化測定氣體濃度。MR511由檢測元件和補償元件配對組成電橋的兩個臂，遇可燃性氣體時，檢測元件的電阻減小，橋路輸出電壓變化，該電壓變化隨氣體濃度的增大而成比例增大，補償元件具有溫度補償作用。MR511除具有靈敏度高、響應恢復時間短、穩定性好特點外，還具有功耗小，抗環境溫濕度干擾能力強的優點。WSNs的節能和井下惡劣溫濕環境要求MR5111可以滿足。

3 WSNs節點設計

3.1數據採集單元

考慮到無線感測器網路節點的節能和井下惡劣的溫濕環境，為了便於數據採集，系統設計採用HIH-4000-01型測濕度感測器和MR511熱線型半導體氣體感測器。圖2、圖3分別給出其電路設計圖。

3.2數據處理單元

ATmega128L的外圍電路設計簡單，設計時注意在數字電路的電源並人多隻電容濾波。ATmega128L的工作時鍾源可以選取外部晶振、外部RC振盪器、內部RC振盪器、外部時鍾源等方式。工作時鍾源的選擇通過ATmega128L的內部熔絲位來設計。熔絲位可以通過JTAG編程、ISP編程等方式設置。ATmega128L採用7.3728 MHz和32.768 kHz兩個外部晶振。前者用作工作時鍾，後者用作實時時鍾源。

3.3數據傳輸單元

3.3.1 CC2420外圍電路設計

圖4給出數據傳輸單元的外圍電路。CC2420隻需要極少的外圍元器件。其外圍電路包括晶振時鍾電路、射頻輸入/輸出匹配電路和微控制器介面電路3部分。

射頻輸入/輸出匹配電路主要用來匹配器件的輸入輸出阻抗，使其輸入輸出阻抗為50 Ω，同時為器件內部的PA及LNA提供直流偏置。射頻輸入/輸出是高阻抗，有差別。射頻端最適合的負載是115+j180 Ω。C61、C62、C71、C81、L61組成不平衡變壓器，L62和L81匹配射頻輸入輸出到50 Ω;L61和L62同時提供功率放大器和低雜訊放大器的直流偏置。內部的T/R開關是為了切換低雜訊放大器/功率放大器。R451偏置電阻是電流基準發生器的精密電阻。CC2420本振信號既可由外部有源晶體提供，也可由內部電路提供。若由內部電路提供時，需外加晶體振盪器和兩只負載電容，電容的大小取決於晶體的頻率及輸入容抗等參數。設計採用16 MHz晶振時，其電容值約為22 pF。C381和C391是外部晶體振盪器的負載電容。片上電壓調節器提供所有內部1.8 V電源的供應。C42是電壓調節器的負載電容，用於穩定調節器。為得到最佳性能必須使用電源去耦。在應用中使用大小合適的去耦電容和功率濾波器是非常重要的。CC2420可以通過4線SPI匯流排(SI、SO、SCLK、CSn)設置器件的工作模式，並實現讀，寫緩存數據，讀/寫狀態寄存器等。通過控制FIFO和FIFOP引腳介面的狀態可設置發射/接收緩存器。

3.3.2配置IEEE 802.15.4工作模式

CC2420為IEEE 802.15.4的數據幀格式提供硬體支持。其MAC層的幀格式為：頭幀+數據幀+校驗幀;PHY層的幀格式為：同步幀+PHY頭幀+MAC幀，幀頭序列的長度可通過設置寄存器改變，採用16位CRC校驗來提高數據傳輸的可靠性。發送或接收的數據幀被送入RAM中的128位元組緩存區進行相應的幀打包和拆包操作。表1給出CC2420的四線串列SPI介面引腳功能。它是設計單片機電路的依據，充分發揮這些功能是設計無線通信產品的前提。

3.3.3 CC2420與單片機介面電路設計

圖5給出CC2420與ATmega128L單片機的介面電路。CC2420通過簡單的四線(SI、SO、SCLK、CSn)與SPI兼容串列介面配置，這時CC2420是受控的。ATmega128L的SPI介面工作在主機模式，它是SPI數據傳輸的控制方;CC2420設為從機工作方式。當ATmega128L的SPI介面設為主機工作方式時，其硬體電路不會自動控制SS引腳。因此，在SH通信時，應在SPI介面初始化，它是由程序控制SS，將其拉為低電平，此後，當把數據寫入主機的SPI數據寄存器後，主機介面將自動啟動時鍾發生器，在硬體電路的控制下，移位傳送，通過MOSI將數據移出ATmega128L，並同時從CC2420由MISO移人數據，8位數據全部移出時，兩個寄存器就實現了一次數據交換。

4結語

通過對於無線感測器網路節點中感測器元件、數據處理模塊、數據傳輸模塊和電源的選擇，設計了一種以CC2420和ATmega128L為主體的硬體方案。利用該方案設計的CC2420和ATmega128L的外圍電路以及兩者之間的介面電路。此外，還對感測器與單片機的介面電路進行設計。通過實驗驗證，設計的硬體節點基本上達到了項目要求，經調試能通過感測器正確真實地採集數據，並實現兩個無線節點(兩個電路板。AA電池供電)在30 m左右的通信、傳輸數據、並反映到終端設備。

Ⅲ 無線感測器網路上的安全問題幾解決方案

無線感測器網路WSN（WirelessSensorNetwork）是一種自組織網路，通過大量低成本、資源受限的感測節點設備協同工作實現某一特定任務。

它是信息感知和採集技術的一場革命，是21世紀最重要的技術之一。它在氣候監測，周邊環境中的溫度、燈光、濕度等情況的探測，大氣污染程度的監測，建築的結構完整性監控，家庭環境的異常情況，機場或體育館的化學、生物威脅的檢測與預報等方面，WSN將會是一個經濟的替代方案，有著廣泛的應用前景。

感測器網路為在復雜的環境中部署大規模的網路，進行實時數據採集與處理帶來了希望。但同時WSN通常部署在無人維護、不可控制的環境中，除了具有一般無線網路所面臨的信息泄露、信息篡改、重放攻擊、拒絕服務等多種威脅外，WSN還面臨感測節點容易被攻擊者物理操縱，並獲取存儲在感測節點中的所有信息，從而控制部分網路的威脅。用戶不可能接受並部署一個沒有解決好安全和隱私問題的感測網路，因此在進行WSN協議和軟體設計時，必須充分考慮WSN可能面臨的安全問題，並把安全機制集成到系統設計中去。只有這樣，才能促進感測網路的廣泛應用，否則，感測網路只能部署在有限、受控的環境中，這和感測網路的最終目標——實現普遍性計算並成為人們生活中的一種重要方式是相違背的。

一種好的安全機制設計是建立在胡空對其所面臨的威脅、網路特點等的深刻分析基礎之上的，感測網路也不例外，本文將深入分析無線感測器網路特點以及其所可能面臨的安全威脅，並對其相應的安全對策進行了研究和探討。

2.感測器網路特點分析

WSN是一種大規模的分布式網路，常部署於無人維護、條件惡劣的環境當中，且大多數情況下感測節點都是一次性使用，從而決定了感測節點是價格低廉、資源極度受限的無線通信設備[2]，它的特點主要體現在以下幾個方面:（1）能量有限:能量是限制感測節點能力、壽命的最主要的約束性條件，現有的感測節點都是通過標準的AAA或AA電池進行供電，並且不能重新充電。（2）計算能力有限:感測節點CPU一般只具有8bit、4MHz～8MHz的處理能力。（3）存儲能力有限:感測節點一般包括三種形式的存儲器即RAM、程序存儲器、工作存儲器。RAM用於存放工作時的臨時數據，一般不超過2k位元組;程序存儲器譽滲用於存儲操作系統、應用程序以及安全函數等，工作存儲器用於存放獲取的感測信息，這兩種存儲器一般也只有幾十k位元組。（4）通信范圍有限:為了節約信號傳輸時的能量消耗，感測節點的RF模塊的傳輸能量一般為10mW到100mW之間，傳輸的范圍也局限於100米到1公里之內。（5）防篡改性:感測節點是一種價格低廉、結構鬆散、開放的網路設備，攻擊者一旦獲取感測節點就很容易獲得和修改存儲在感測節點中的密鑰信息以及程序代碼等。

另外，大多數感測器網路在進行部署前，其網路拓撲是無法預知的，同時部署後，整個網路拓撲、感測節點在網路中的角色也是經常變化的，因而不像有線網、大部分無線網路那樣對網路設備進行完全配置，對感測節點進行預配置的范圍是有限的，很多網路參數、密鑰等都是感測節點在部署後進行協商後形成的。

根據以上無線感測器特點分析可知，無線感測器網路易於遭受感測節點的物理操縱、感測信息的竊聽、拒絕服務攻擊、私有信息的泄露等多種威脅和攻擊。下面將根據WSN的特點，對WSN所面臨的潛在安全威脅進行分類描述與對策探討。

3.威脅分析與對策

3.1感測節點的物理操縱

未來的感測器網路一般有成百上千個感測節點，很難對每個節點進行監控和保護，因而每個節點都是一個潛在的攻擊點，都能被攻擊者進行物理和邏輯攻擊。另外，感測器通常部署在無人維護的環境當中，這更加方便了攻擊者捕獲傳褲虛瞎感節點。當捕獲了感測節點後，攻擊者就可以通過編程介面（JTAG介面），修改或獲取感測節點中的信息或代碼，根據文獻[3]分析，攻擊者可利用簡單的工具（計算機、UISP自由軟體）在不到一分鍾的時間內就可以把EEPROM、Flash和SRAM中的所有信息傳輸到計算機中，通過匯編軟體，可很方便地把獲取的信息轉換成匯編文件格式，從而分析出感測節點所存儲的程序代碼、路由協議及密鑰等機密信息，同時還可以修改程序代碼，並載入到感測節點中。

很顯然，目前通用的感測節點具有很大的安全漏洞，攻擊者通過此漏洞，可方便地獲取感測節點中的機密信息、修改感測節點中的程序代碼，如使得感測節點具有多個身份ID，從而以多個身份在感測器網路中進行通信，另外，攻擊還可以通過獲取存儲在感測節點中的密鑰、代碼等信息進行，從而偽造或偽裝成合法節點加入到感測網路中。一旦控制了感測器網路中的一部分節點後，攻擊者就可以發動很多種攻擊，如監聽感測器網路中傳輸的信息，向感測器網路中發布假的路由信息或傳送假的感測信息、進行拒絕服務攻擊等。

對策:由於感測節點容易被物理操縱是感測器網路不可迴避的安全問題，必須通過其它的技術方案來提高感測器網路的安全性能。如在通信前進行節點與節點的身份認證;設計新的密鑰協商方案，使得即使有一小部分節點被操縱後，攻擊者也不能或很難從獲取的節點信息推導出其它節點的密鑰信息等。另外，還可以通過對感測節點軟體的合法性進行認證等措施來提高節點本身的安全性能。

Ⅳ 無線感測器網路的特點與應用

無線感測器網路的特點與應用

無線感測器網路簡稱WSN，它綜合了現代無線網路通信技術、感測器技術、計算機技術等，其應用十分廣泛。下面是我為大家搜索整理的關於無線感測器網路的特點與應用，歡迎參考閱讀，希望對大家有所幫助!想了解更多相關信息請持續關注我們應屆畢業生培訓網!

無線感測器網路是一種新型的感測器網路，其主要是由大量的感測器節點組成，利用無線網路組成一個自動配置的網路系統，並將感知和收集到的信息發給管理部門。目前無線感測器網路在軍事、生態環境、醫療和家居方面都有一定應用，未來無線感測器網路的發展前景將是不可估量的。

一、無線感測器網路的特點

(一)節點數量多

在監測區通常都會安置許多感測器節點，並通過分布式處理信息，這樣就能夠提高監測的准確性，有效獲取更加精確的信息，並降低對節點感測器的精度要求。此外，由於節點數量多，因此存在許多冗餘節點，這樣就能使系統的容錯能力較強，並且節點數量多還能夠覆蓋到更廣闊的監測區域，有效減少監測盲區。

(二)動態拓撲

無線感測器網路屬於動態網路，其節點並非固定的。當某個節電出現故障或是耗盡電池後，將會退出網路，此外，還可能由於需要而被轉移添加到其他的網路當中。

(三)自組織網路

無線感測器的節點位置並不能進行精確預先設定。節點之間的相互位置也無法預知，例如通過使用飛機播散節點或隨意放置在無人或危險的區域內。在這種情況下，就要求感測器節點自身能夠具有一定的組織能力，能夠自動進行相關管理和配置。

(四)多跳路由

無線感測網路中，節點之間的距離通常都在幾十到幾百米，因此節點只能與其相鄰的節點進行直接通信。如果需要與范圍外的節點進行通信，就需要經過中間節點進行路由。無線感測網路中的多跳路由並不是專門的路由設備，所有傳輸工作都是由普通的節點完成的。

(五)以數據為中心

無線感測網路中的節點均利用編號標識。由於節點是隨機分布的，因此節點的編號和位置之間並沒有聯系。用戶在查詢事件時，只需要將事件報告給網路，並不需要告知節點編號。因此這是一種以數據為中心進行查詢、傳輸的方式。

(六)電源能力局限性

通常都是用電池對節點進行供電，而每個節點的能源都是有限的，因此一旦電池的能量消耗完，就是造成節點無法再進行正常工作。

二、無線感測器網路的應用

(一)環境監測應用

無線感測器可以用於進行氣象研究、檢測洪水和火災等，在生態環境監測中具有明顯優勢。隨著我國市場經濟的不斷發展，生態環境污染問題也越來越嚴重。我國是一個幅員遼闊、資源豐富的農業大國，因此在進行農業生產時利用無線感測器進行對生產環境變化進行監測能夠為農業生產帶來許多好處，這對我國市場經濟的不斷發展有著重要意義。

(二)醫療護理應用

無線感測器網路通過使用互聯網路將收集到的信息傳送到接受埠，例如一些病人身上會有一些用於監測心率、血壓等的感測器節點，這樣醫生就可以隨時了解病人的`病情，一旦病人出現問題就能夠及時進行臨時處理和救治。在醫療領域內感測器已經有了一些成功案例，例如芬蘭的技術人員設計出了一種可以穿在身上的無線感測器系統，還有SSIM(Smart Sensors and Integrated Microsystems)等。

(三)智能家居建築應用

文物保護單位的一個重要工作就是要對具有意義的古老建築實行保護措施。利用無線感測器網路的節點對古老建築內的溫度是、濕度、關照等進行監測，這樣就能夠對建築物進行長期有效的監控。對於一些珍貴文物的保存，對保護地的位置、溫度和濕度等提前進行檢測，可以提高展覽品或文物的保存品質。例如，英國一個博物館基於無線感測器網路設計了一個警報系統，利用放在溫度底部的節點檢測燈光、振動等信息，以此來保障文物的安全[5]。

目前我國基礎建設處在高速發展期，建設單位對各種建設工程的安全施工監測越來越關注。利用無線感測器網路使建築能夠檢測到自身狀況並將檢測數據發送給管理部門，這樣管理部門就能夠及時掌握建築狀況並根據優先等級來處理建築修復工作。

另外，在傢具或家電匯中設置無線感測器節點，利用無線網路與互聯網路，將家居環境打造成一個更加舒適方便的空間，為人們提供更加人性化和智能化的生活環境。通過實時監測屋內溫度、濕度、光照等，對房間內的細微變化進行監測和感知，進而對空調、門窗等進行智能控制，這樣就能夠為人們提供一個更加舒適的生活環境。

(四)軍事應用

無線感測器網路具有低能耗、小體積、高抗毀等特性，且其具有高隱蔽性和高度的自組織能力，這為軍事偵察提供有效手段。美國在20世紀90年代就開始在軍事研究中應用無線感測器網路。無線感測器網路在惡劣的戰場內能夠實時監控區域內敵軍的裝備，並對戰場上的狀況進行監控，對攻擊目標進行定位並能夠檢測生化武器。

目前無線感測器網路在全球許多國家的軍事、研究、工業部門都得到了廣泛的關注，尤其受到美國國防部和軍事部門的重視，美國基於C4ISR又提出了C4KISR的計劃，對戰場情報的感知和信息綜合能力又提出新的要求，並開設了如NSOF系統等的一系列軍事無線感測器網路研究。

總之，隨著無線感測器網路的研究不斷深入和擴展，人們對無線感測器的認識也越來越清晰，然而目前無線感測器網路的在技術上還存在一定問題需要解決，例如存儲能力、傳輸能力、覆蓋率等。盡管無線感測器網路還有許多技術問題待解決使得現在無法廣泛推廣和運用，但相信其未來發展前景不可估量。

Ⅳ 無線感測器網路的特點及關鍵技術

無線感測器網路的特點及關鍵技術

無線感測器網路被普遍認為是二十一世紀最重要的技術之一，是目前計算機網路、無線通信和微電子技術等領域的研究熱點。下面我為大家搜索整理了關於無線感測器網路的特點及關鍵技術，歡迎參考閱讀！

一、無線感測器網路的特點

與其他類型的無線網路相比，感測器網路有著鮮明的特徵。其主要特點可以歸納如下：

（一）感測器節點能量有限。當前感測器通常由內置的電池提供能量，由於體積受限，因而其攜帶的能量非常有限。如何使感測器節點有限的能量得到高效的利用，延長網路生存周期，這是感測器網路面臨的首要挑戰。

（二）通信能力有限。無線通信消耗的能量與通信距離的關系為E=kdn。其中，參數n的取值為2≤n≤4，n的取值與許多因素有關。但是不管n具體的取值，n的取值范圍一旦確定，就表明，無線通信的能耗是隨著距離的增加而更加急劇地增加的。因此，在滿足網路連通性的要求下，應盡量採用多跳通信，減少單跳通信的距離。通常，感測器節點的通信范圍在100m內。

（三）計算、存儲和有限。一方面為了滿足部署的要求，感測器節點往往體積小；另一方面出於成本控制的目的`，節點的價格低廉。這些因素限制了節點的硬體資源，從而影響到它的計算、存儲和通信能力。

（四）節點數量多，密度高，覆蓋面積廣。為了能夠全面准確的監測目標，往往會將成千上萬的感測器節點部署在地理面積很大的區域內，而且節點密度會比較大，甚至在一些小范圍內採用密集部署的方式。這樣的部署方式，可以讓網路獲得全面的數據，提高信息的可靠性和准確性。

（五）自組織。感測器網路部署的區域往往沒有基礎設施，需要依靠感測器節點協同工作，以自組織的方式進行網路的配置和管理。

（六）拓撲結構動態變化。感測器網路的拓撲結構通常是動態變化的，例如部分節點故障或電量耗盡退出網路，有新的節點被部署並加入網路，為節約能量節點在工作和休眠狀態間進行切換，周圍環境的改變造成了無線通信鏈路的變化，以及感測器節點的移動等都會導致感測器網路拓撲結構發生變化。

（七）感知數據量巨大。感測器網路節點部署范圍大、數量多，且網路中的每個感測器通常都產生較大的流式數據並具有實時性，因此網路中往往存在數量巨大的實時數據流。受感測器節點計算、存儲和帶寬等資源的限制，需要有效的分布式數據流管理、查詢、分析和挖掘方法來對這些數據流進行處理。

（八）以數據為中心。對於感測器網路的用戶而言，他們感興趣的是獲取關於特定監測目標的真實可靠的數據。在使用感測器網路時，用戶直接使用其關注的事件作為任務提交給網路，而不是去訪問具有某個或某些地址標識的節點。感測器網路中的查詢、感知、傳輸都是以數據為中心展開的。

（九）感測器節點容易失效。由於感測器網路應用環境的特殊性以及能量等資源受限的原因，感測器節點失效（如電池能量耗盡等）的概率遠大於傳統無線網路節點。因此，需要研究如何提高數據的生存能力、增強網路的健壯性和容錯性以保證部分感測器節點的損壞不會影響到全局任務的完成。此外，對於部署在事故和自然災害易發區域的無線感測器網路，還需要進一步研究當事故和災害導致大部分感測器節點失效時如何最大限度地將網路中的數據保存下來，以提供給災害救援和事故原因分析等使用。

二、關鍵技術

無線感測器網路作為當今信息領域的研究熱點，設計多學科交叉的研究領域，有非常多的關鍵技術有待研究和發現，下面列舉若干。

（一）網路拓撲控制。通過拓撲控制自動生成良好的拓撲結構，能夠提高路由協議和MAC協議的效率，可為數據融合、時間同步和目標定位等多方面奠定基礎，有利於節省能量，延長網路生存周期。所以拓撲控制是無線感測器網路研究的核心技術之一。目前，拓撲控制主要研究的問題是在滿足網路連通度的前提下，通過功率控制或骨幹網節點的選擇，剔除節點之間不必要的通信鏈路，生成一個高效的數據轉發網路拓撲結構。

（二）介質訪問控制（MAC）協議。在無線感測器網路中，MAC協議決定無線信道的使用方式，在感測器節點之間分配有限的無線通信資源，用來構建感測器網路系統的底層基礎結構。MAC協議處於感測器網路協議的底層部分，對感測器網路的性能有較大影響，是保證無線感測器網路高效通信的關鍵網路協議之一。感測器網路的強大功能是由眾多節點協作實現的。多點通信在局部范圍需要MAC協議協調其間的無線信道分配，在整個網路范圍內需要路由協議選擇通信路徑。

在設計MAC協議時，需要著重考慮以下幾個方面：

（1）節省能量。感測器網路的節點一般是以干電池、紐扣電池等提供能量，能量有限。

（2）可擴展性。無線感測器網路的拓撲結構具有動態性。所以MAC協議也應具有可擴展性，以適應這種動態變化的拓撲結構。

（3）網路效率。網路效率包括網路的公平性、實時性、網路吞吐量以及帶寬利用率等。

（三）路由協議。感測器網路路由協議的主要任務是在感測器節點和Sink節點之間建立路由以可靠地傳遞數據。由於感測器網路與具體應用之間存在較高的相關性，要設計一種通用的、能滿足各種應用需求的路由協議是困難的，因而人們研究並提出了許多路由方案。

（四）定位技術。位置信息是感測器節點採集數據中不可或缺的一部分，沒有位置信息的監測消息可能毫無意義。節點定位是確定感測器的每個節點的相對位置或絕對位置。節點定位分為集中定位方式和分布定位方式。定位機制也必須要滿足自組織性，魯棒性，能量高效和分布式計算等要求。

（五）數據融合。感測器網路為了有效的節省能量，可以在感測器節點收集數據的過程中，利用本地計算和存儲能力將數據進行融合，取出冗餘信息，從而達到節省能量的目的。

（六）安全技術。安全問題是無線感測器網路的重要問題。由於採用的是無線傳輸信道，網路存在偷聽、惡意路由、消息篡改等安全問題。同時，網路的有限能量和有限處理、存儲能力兩個特點使安全問題的解決更加復雜化了。

Ⅵ 無線感測器網路技術與應用的目錄

第1章無線感測器網路概述
1.1感測器網路的研究歷史
1.1.1早期的軍用感測器網路研究
1.1.2美軍DARPA的分布式感測器網路研究計劃
1.1.320世紀80年代和90年代的軍用感測器網路
1.1.421世紀的感測器網路研究
1.2WSN基本概念
1.2.1什麼是WSN
1.2.2WSN與MANET的異同
1.2.3WSN的通信體系結構
1.3WSN的主要技術
1.3.1系統體系結構
1.3.2網路與通信的控制
1.4影響WSN設計的因素
1.4.1容錯
1.4.2擴展性
1.4.3價格
1.4.4硬體限制
1.4.5WSN拓撲
1.4.6WSN工作環境
1.4.7傳輸媒介
1.4.8功耗
參考文獻
第2章無線感測器網路競爭類MAC協議
2.1感測器媒介訪問控制協議（S-MAC）
2.1.1能量浪費原因分析
2.1.2S-MAC協議概述
2.1.3休眠的協調
2.1.4避免旁聽與消息分片傳輸
2.1.5時延分析
2.1.6S-MAC協議實現
2.1.7S-MAC協議的性能
2.2超時MAC協議（T-MAC）
2.2.1T-MAC協議概述
2.2.2T-MAC基本協議
2.2.3分群與同步
2.2.4RTS操作與TA選擇
2.2.5避免旁聽
2.2.6不對稱通信
2.2.7T-MAC的性能
2.3伯克利媒介訪問控制協議（B-MAC）
2.3.1B-MAC協議的設計與實現
2.3.2壽命建模
2.3.3參數
2.3.4自適應控制
參考文獻
第3章無線感測器網路分配類MAC協議
3.1流量自適應媒介訪問協議（TRAMA）
3.1.1TRAMA協議概述
3.1.2TRAMA協議組成
3.1.3訪問方式與相鄰節點協議
3.1.4傳輸時間安排交換協議
3.1.5自適應選舉演算法
3.1.6TRAMA的性能
3.2分布式隨機時隙安排協議（DRAND）
3.2.1TDMA時隙分配問題定義
3.2.2DRAND演算法詳述
3.2.3DRAND正確性
3.2.4DRAND復雜性分析
3.2.5DRAND的性能
3.3功率高效與時延意識媒介訪問協議（PEDAMACS）
3.3.1PEDAMACS協議概述
3.3.2PEDAMACS分組格式
3.3.3本地拓撲建立階段
3.3.4AP拓撲信息收集階段
3.3.5傳輸時間安排階段
3.3.6拓撲調整階段
3.3.7傳輸時間安排演算法
參考文獻
第4章無線感測器網路混合類MAC協議
4.1斑馬MAC協議（Z-MAC）
4.1.1時間同步協議（TPSN）
4.1.2Z-MAC協議概述
4.1.3相鄰節點尋找與時隙分配
4.1.4本地成幀
4.1.5Z-MAC協議的傳輸控制
4.1.6發送規則
4.1.7直接競爭通知
4.1.8Z-MAC傳輸時間安排的接收
4.1.9本地時間同步
4.1.10Z-MAC協議的性能
4.1.11Z-MAC協議隨機分析
4.2漏斗-MAC協議
4.2.1漏斗問題
4.2.2按需發送信標
4.2.3面向中心節點的傳輸時間安排
4.2.4定時與成幀
4.2.5Meta-傳輸時間安排的廣播
4.2.6動態深度調整
4.2.7漏斗-MAC協議的測試床實驗評估
參考文獻
第5章無線感測器網路數據中心路由協議
5.1協商式感測器信息分發協議（SPIN）
5.1.1SPIN概述
5.1.2Meta-Data
5.1.3SPIN消息
5.1.4SPIN資源管理
5.1.5SPIN實現
5.1.6SPIN-1：3步握手協議
5.1.7SPIN-2：低能量門限的SPIN-1
5.1.8用於與SPIN比較的其他數據分發演算法
5.1.9SPIN的性能評估
5.1.10SPIN小結
5.2定向擴散
5.2.1定向擴散的組成要素
5.2.2命名
5.2.3興趣與梯度
5.2.4數據傳播
5.2.5路徑建立與路徑裁剪的強化
5.2.6定向擴散的分析評估
5.2.7定向擴散的模擬評估
參考文獻
第6章無線感測器網路分層路由協議
6.1低能量自適應分群分層（LEACH）
6.1.1LEACH協議體系結構
6.1.2群首選擇演算法
6.1.3分群演算法
6.1.4穩定狀態階段
6.1.5LEACH-C：BS建立分群
6.1.6LEACH的分析與模擬
6.2兩層數據分發協議（TTDD）
6.2.1兩層數據分發
6.2.2柵格結構
6.2.3TTDD轉發
6.2.4柵格維護
6.2.5TTDD開銷分析
6.2.6TTDD的性能
6.2.7TTDD討論
參考文獻
第7章無線感測器網路地理位置路由協議
7.1定位技術
7.1.1距離測量與角度測量
7.1.2位置計算
7.1.3TPS網路模型
7.1.4TPS定位方案
7.1.5TPS技術性能分析
7.2貪婪地理路由演算法
7.2.1概述
7.2.2基於DT的膨脹分析
7.2.3貪婪轉發（GF）
7.2.4有界Voronoi貪婪轉發（BVGF）
7.2.5網路膨脹分析總結
7.2.6基於概率通信模型的擴充
7.3位置輔助泛洪協議（LAF）
7.3.1LAF協議概述
7.3.2採用LAF分發信息
7.3.3LAF中的資源管理
7.3.4柵格維護開銷
7.3.5數據分發規程的完備性
7.3.6LAF節能分析
7.3.7位置估計中的誤差
7.3.8LAF的性能
參考文獻
第8章無線感測器網路端到端可靠傳輸協議
8.1事件到中心節點的可靠傳輸協議（ESRT）
8.1.1問題定義
8.1.2評估環境
8.1.3特性區域
8.1.4ESRT協議描述
8.1.5擁塞檢測
8.1.6ESRT協議對並發事件的處理
8.1.7ESRT協議的性能分析
8.1.8ESRT協議的模擬結果
8.1.9?的正確選擇
8.2基於多電台虛擬中心節點的過載流量管理（SIPHON）
8.2.1擁塞檢測與預防（CODA）
8.2.2虛擬中心節點尋找與可見度范圍控制
8.2.3SIPHON擁塞檢測
8.2.4改變流量的傳輸路徑
8.2.5次網路中的擁塞
8.2.6虛擬中心節點開銷分析
參考文獻
第9章無線感測器網路逐跳可靠傳輸協議
9.1合成擁塞控制技術（FUSION）
9.1.1擁塞崩潰的症狀
9.1.2逐跳流量控制
9.1.3速率限制
9.1.4MAC層優先順序化
9.1.5應用自適應
9.2慢分發、快提取可靠傳輸協議（PSFQ）
9.2.1PSFQ協議概述
9.2.2PSFQ分發操作
9.2.3PSFQ提取操作
9.2.4PSFQ報告操作
9.2.5單個分組消息的交付
9.2.6PSFQ的性能
9.3下行數據可靠交付可擴展體系結構（GARUDA）
9.3.1面臨的挑戰
9.3.2可靠性語義
9.3.3GARUDA的基本原理
9.3.4單個分組或第一個分組的交付
9.3.5即時構建GARUDA核
9.3.6兩階段丟失恢復
9.3.7其他可靠性語義的支持
9.3.8GARUDA的性能
參考文獻
第10章無線感測器網路數據融合技術
10.1樹狀結構累積
10.1.1分布式生成樹演算法
10.1.2E-Span樹
10.2不受應用約束的自適應數據累積（AIDA）
10.2.1AIDA協議概述
10.2.2AIDA體系結構
10.2.3AIDA控制單元中的累積方案
10.2.4AIDA累積功能單元
10.2.5AIDA分組格式
10.2.6AIDA分組頭開銷分析
10.2.7AIDA節省分析
10.2.8AIDA的性能
10.3無結構累積法與半結構累積法
10.3.1數據意識任意組播（DAA）
10.3.2ToD上的動態轉發
10.3.3性能分析
10.3.4ToD和DAA的性能
參考文獻
第11章無線感測器網路安全
11.1WSN安全概述
11.1.1WSN安全威脅模型
11.1.2WSN安全面臨的障礙
11.1.3WSN安全要求
11.1.4WSN安全解決方案的評估
11.2WSN中的安全攻擊
11.2.1物理層安全攻擊
11.2.2鏈路層安全攻擊
11.2.3對WSN網路層（路由）的攻擊
11.2.4對傳輸層的攻擊
11.3SPINS安全解決方案
11.3.1符號
11.3.2SNEP
11.3.3μTESLA
11.3.4μTESLA詳細描述
11.3.5SPINS實現
11.3.6SPINS性能評估
11.4LEAP+安全解決方案
11.4.1假設條件
11.4.2LEAP+概述
11.4.3單獨密鑰的建立
11.4.4成對密鑰的建立
11.4.5分群密鑰的建立
11.4.6全網密鑰的建立
11.4.7本地廣播認證
11.4.8LEAP+安全分析
11.4.9LEAP+性能評估
參考文獻
第12章無線感測器網路中間件技術
12.1WSN中間件面臨的挑戰
12.2WSN中間件的功能要求
12.3ZebraNet系統中的中間件系統（Impala）
12.3.1ZebraNet系統簡介
12.3.2ZebraNet中間件體系結構
12.3.3應用適配器
12.3.4應用更新器
12.3.5周期性操作調度
12.3.6事件處理模型
12.3.7Impala網路介面
12.3.8Impala評估
12.4感測器信息網路化體系結構（SINA）
12.4.1SINA的功能組成
12.4.2信息抽象
12.4.3感測器查詢與任務分配語言（SQTL）
12.4.4感測器執行環境（SEE）
12.4.5信息收集方法
12.4.6應用舉例
參考文獻
第13章無線感測器網路應用及編程
13.1感測器網路的應用
13.1.1軍事應用
13.1.2環境應用
13.1.3醫療衛生應用
13.1.4家庭應用
13.1.5其他商業應用
13.2WSN應用設計原理
13.2.1設計方面
13.2.2確定WSN操作坊式
13.3WSN網路編程
13.3.1編程抽象
13.3.2現有若干編程模型簡介
13.4分層編程與ATaG編程架構
13.4.1WSN的分層編程
13.4.2抽象任務圖編程架構（ATaG）
13.4.3採用ATaG的應用開發方法
13.4.4一個ATaG應用例子
參考文獻
……

Ⅶ 無線感測器知識大全，看完請收藏！

物聯網是在現有互聯網的基礎上發展起來的，物聯網除了融合網路、信息技術、RFID技術之外，還引入了無線感測器技術，使得物聯網有了更深的發展，而且無線感測器技術還與嵌入式系統技術、現代網路以及無線通信技術進行結合，所以無線感測器本身也是一個炙手可熱的研究領域。

感測器技術

    無線感測器網路結構介紹

    無線感測器網路系統通常包括匯聚節點(Sinknode)、感測器節點(Sensornode)與管理節點。

    大量感測器節點隨機部署在監測區域附近或者內部，感測器節點檢測的數據沿著其他的感測器節點逐條地進行傳輸，在傳輸的過程中檢測數據可能會被多個節點進行處理，經過跳後路由到匯聚的節點，然後通過衛星或者互聯網傳輸到達管理節點，而用戶通過對節點的管理對感測器網路進行管理、發布監測數據和管理。

感測器整體部署

    無線感測器網路特點介紹

    規模大

    為了能夠獲取精確信息，在監測區域通常部署大量感測器節點，一般情況下會達到上萬個甚至更多，感測器網路的大規模性主要包括了兩個方面的含義：一方面是感測器節點的部署非常密集，在面積狹小的空間內密集的部署了大量的感測器節點。另一方面，是感測器節點分布在區域很大的范圍內，比如在原始的大森林中採用感測器網路進行森林防火的安全環境監測，這種在區域寬廣的范圍內需要部署大量的感測器節點。

    可靠性

    無線感測器節點非常適合部署在自然環境惡劣或者人類不宜居住的區域，這些節點可能工作在環境較惡劣的地方，遭受風吹、雨淋、日曬，還甚至遭到人或者動物的破壞，而這些感測器節點往往採用隨機進行部署，部署的方式是利用飛機散播，或炮彈發射到指定的區域進行部署，所以這些節點要非常堅固，不容易被損壞，可靠性很強。

    自組織

    在感測器網路應用中，通常情況下感測器節點會被放置在沒有基礎結構的地方，其實感測器節點的相隔距離、精確位置不能預先確定。你可以想像，通過飛機散播或者炮彈發射大量感測器節點到面積廣闊的森林、山谷之中，這樣就必須要求感測器節點本身具有自組織的能力，能夠進行自我管理和配置，通過清逗網路協議和拓撲控制機制自動形成轉發監測數據的多跳無線網路系統。

    動態性

    感測器網路的拓撲結構有可能會因為下列因素而發生改變：①環境的變化可能會造成無線通信鏈路帶寬產生變化，有時甚至會時斷時通;②電力資源出現故障或耗盡導致的感測器節點故障或者失效;③感測器網路的感知對象、感測器與觀察者這三要素都可能具有移動性;④有新節點加入，通常這種情況就必須要求感測器網路系統要能適應這種變化，具有動態系統可重構性。

    無線感測器網路有哪些安全問題

    安全路由

    一般在無線感測器網路中，大量的感測器節點都密集分布在一個區域內，信息傳輸可能要經過很多節點才能到達目的地，而且感測器網路具有多跳結構和動態性，因此，需要去每個節點都應具備路由功能，

    由於每個虛猜節點都是潛在的路由節點，因此更易受到攻擊，這樣就可能使網路不怎麼安全，安全的路由演算法會直接影響無線感測器的可用性和安全性，安全路由協議一般是採用認證和鏈路層差正型加密，身份認證、多路徑路由、雙向連接認證和認證廣播等機制，非常有效的提高了網路抵禦外部攻擊的能力，從而增強路由的安全性。