无线传感器网络选择题

无线传感器网络选择题（精选8篇）

1.无线传感器网络选择题 篇一

无线 传感器网络平安机制

平安是系统可用的前提 , 需要在保证通信平安的前提下 , 降低系统开销 , 研究可行的平安算法。由于无线传感器网络受到平安威胁和移动 ad hoc 网络不同 , 所以现有的网络平安机制无法应用于本领域 , 需要开发专门协议。

目前主要存在两种思路简介如下 :

一种思想是从维护路由安全的角度动身 , 寻找尽可能平安的路由以保证网络的平安。如果路由协议被破坏导致传送的消息被篡改 , 那么对于应用层上的数据包来说没有任何的平安性可言。

一种方法是有安全意识的路由 ” SA R , 其思想是找出真实值和节点之间的关系 , 然后利用这些真实值去生成安全的路由。该方法解决了两个问题 , 即如何保证数据在平安路径中传送和路由协议中的信息平安性。这种模型中 , 当节点的平安等级达不到要求时 , 就会自动的从路由选择中退出以保证整个网络的路由安全。可以通过多径路由算法改善系统的稳健性 ( robust , 数据包通过路由选择算法在多径路径中向前传送 , 接收端内通过前向纠错技术得到重建。

另一种思想是把着重点放在平安协议方面 , 此领域也出现了大量的研究效果。假定传感器网络的任务是为高级政要人员提供平安维护的 , 提供一个平安解决方案将为解决这类安全问题带来一个合适的模型，

具体的技术实现上 , 先假定基站总是正常工作的 , 并且总是平安的 , 满足必要的计算速度、存储器容量 , 基站功率满足加密和路由的要求 ; 通信模式是点到点 , 通过端到端的加密保证了数据传输的平安性 ; 射频层总是正常工作。

基于以上前提 , 典型的无线 传感器网络平安 问题：

a 信息被非法用户截获 ;

b 一个节点遭破坏 ;

c 识别伪节点 ;

d 如何向已有传感器网络添加合法的节点。

此方案是不采用任何的路由机制。此方案中 , 每个节点和基站分享一个唯一的 64 位密匙 Keyj 和一个公共的密匙 KeyBS, 发送端会对数据进行加密 , 接收端接收到数据后根据数据中的地址选择相应的密匙对数据进行解密。

无线 传感器网络平安 中的两种专用安全协议 :

平安网络加密协议 SNEP SensorNetwork Encryp tion Protocol 和基于时间的高效的容忍丢包的流认证协议μ TESLA SNEP 功能是提供节点到接收机之间数据的鉴权、加密、刷新 , μ TESLA 功能是对广播数据的鉴权。因为无线传感器网络可能是安排在敌对环境中 , 为了防止供给者向网络注入伪造的信息 , 需要在无线传感器网络中实现基于源端认证的平安组播。但由于在无线传感器网络中 , 不能使用公钥密码体制 , 因此源端认证的组播并不容易实现。传感器网络平安协议 SP INK 中提出了基于源端认证的组播机制 uTESLA , 该方案是对 TESLA 协议的改进 , 使之适用于传感器网络环境。其基本思想是采用 Hash 链的方法在基站生成密钥链 , 每个节点预先保管密钥链最后一个密钥作为认证信息 , 整个网络需要坚持松散同步 , 基站按时段依次使用密钥链上的密钥加密消息认证码 , 并在下一时段公布该密钥。

2.无线传感器网络选择题 篇二

近几年, 无线传感器网络在军事和工业领域得到广泛应用。为了延长传感器在跟踪期间的寿命必须有效利用传感器。在能量和带宽等物理资源受限的无线传感器网络, 每个时刻选择一个传感器子集是尤为重要的。

在一个集中式传感器网络中, 仅有一个CFC, 需要一个传感器子集被选择。尽管这是选择传感器最优的方法, 但是这个方法由于计算和通信的约束并不总是可行的。因此在本文中我们使用分散式传感器网络, 它没有任何的CFC, 每个FC只与邻近的FC通信。

目前都假定FCs是固定不变的, 位置和FCs的数量是可以变化的, 然而这并不总是可行的, 因此, 本文的传感器网络中FCs其位置和数量是固定不变的, 由于FCs和传感器是固定的, 传感器和FC关系是永远固定的, 只有选择激活哪个传感器是随时间变化的。

一般来说, 传感器管理决策都是基于估计追踪器的性能。文献提出了条件后验克拉美-罗下界 (CPCRLB) 。本文运用分散式无线传感器网络的CPCRLB实现传感器选择, 有效实现了目标跟踪中的传感器选择。

1 问题描述

1.1网络模型

监测区域有一些FCs, 每个FC仅与它的邻近FC邻居通信 (如果FCs在另一个FC的通信范围内, 则FCs为FC的邻居) , 还有大量的传感器被部署, 传感器位置是固定和已知的。但是由于物理条件的限制, 在任何时刻每个FC仅能最多有nf个传感器被选择。如图1所示给出了其体系结构和示例场景。

1.1.1观测模型

我们用一个各项同性的信号强度衰减模型, 传感器l接受到的RSS量测为:

2 基于CPCRLB的分散跟踪

集中式体系结构中, 所有的传感器被连接通信到一个CFC来融合所有的量测和更新跟踪, 然而, 它具有繁重的通信和计算。这种结构在一个大的监测区域是不可用的。

分散式体系结构中有多个FCs没有CFC。每个FC从它通信范围内的一个或多个传感器得到量测, 并且用这些量测来更新轨迹。此外, 当一个FC从它的邻里得到额外的信息时跟踪也更新。在分散式跟踪中最大的挑战是决定FCs间如何通信以至于融合能够容易得到接近最佳结果。

在每个FC依CPCRLB准则选择传感器, 设目标状态Xk是维数为nx的不可观的一阶Markov过程, 其离散时间动态方程为:

其中:fk:Rnx×Rnu→Rnx并且uk是维数为nu的i.i.d噪声过程。传感器 (1≤l≤N) 量测方程为:

其中:g k:Rn x×Rnv→Rn z, Vk是Nv维i.i.d量测噪声, 量测Zk的维数为Nz, 设Vk独立Uk于和初始状态X0。

CPCRLB给出了在已知过去所有量测值z (1:k) 的条件下, 当获得新的量测z (k+1) 时, 估计目标状态x (k+1) 的均方误差 (MSE) 下界, 即:

其中:L (x (k+1) |z (1:k) ) 表示目标状态估计值的条件Fisher信息矩阵 (FIM) , 并且量测z (1:k) 是实际获得的真实量测而不是随机向量。

在分散式结构中全局FIM用下面递归循环来计算:

在分散无线传感器网络跟踪中, 每个FC依据传感器选择准则CPCRLB选择传感器子集进行目标跟踪, 每一个时刻它仅与其通信范围内的观测节点和邻里FC通信, 不同的时刻选择不同的传感器子集以实现最优目标跟踪。FCs仅与其邻里通信。

3 传感器选择实现步骤

在第一个FC上仅仅选择一个传感器使性能最佳

在第二个FC上选择一个传感器使性能最佳

继续在剩余的每一个FC上各选择一个传感器使性能最佳

按照上述方法在所有的FCs在每一个时刻继续依次选择传感器值到最大的限制传感器数选够为止。

在每一步, 一个完整的计算被完成为了决定哪一个传感器应该被选择。

4 仿真结果

所传感器网络包括N=144个传感器节点和F=9个FCs, 探测区域240m×240m。FCs的通信半径是100m, 每个FC被激活的最大传感器节点数nf=2。在RSS模型中, 目标信号衰减指数α=2, 目标辐射的信号能量在d0=1m处ϕ=300。假定所有传感器节点的量测噪声有相同的方差σv2=0.1。初始化各个参数。目标运动过程噪声参数q=1, 采样周期T=1s。

目标状态先验分布为高斯分布, 均值为x (0) =[30, 30, 10, 10]T, 协方差矩阵为diag{20, 20, 5, 5}, 状态方程为:

器选择方法在每个FC实现的传感器选择。图3是每个FC实现目标跟踪的位置均方根误差 (RMSE) , 用了本文介绍的CPCRLB, 并和最近邻方法对比, 表明在分散式无线传感器网络中实现目标跟踪的有效性, 也说明传感器选择方法CPCRLB优于最近邻方法。

5 总结

在本文中传感器选择应用在在分散式传感器网络结构中。与集中的传感器网络相比, 通信和计算量没那么繁重, 能最大程度优化跟踪性能和延长传感器寿命, 在每个FC选择一个传感器子集。因为在分散传感器网络中没有CFC, 仅有FCs, 考虑到在传感器网络中仅有FCs邻里, 我们运用了一种传感器选择算法, 仿真表明了该算法在分散传感器网络中有效性。

参考文献

[1]任丰原, 黄海宁, 林闯.无线传感器网络[J].软件学报, 2003年第7期:1282-1291.

[2]马丁E里根斯Ⅱ等.情报指挥控制系统与仿真技术, 1997年第6期.

[3]Howard, M., Payton, D., and Estkowski, R.Coalitions for distributed sensor fusion.In Proceedings of the Fifth International Conference on Information Fusion, vol.1, Annapolis, MD, July2002, 636—642.

[4].L.Zuo, R.Niu, and P.K.Varshney, “Conditional Posterior Cramer-Rao Lower Bounds for Nonlinear Sequential Bayesian Estimation, ”IEEE Tran.On Sig.Pro., vol.59, no.1, 2011.

3.无线传感器网络故障检测研究 篇三

关键词：无线传感器；资源受限；故障管理；故障检测

无线传感器网络是通过具备数据处理和无线通信能力的传感器节点通过自组织方式而形成的无线网络。无线传感技术与基站或路由器等基础通信设施不同，其是通过特定的分布式协议自组织起来的网络。基于无线传感技术，其能够对各种环境或检测对象的信息进行实时奸恶、感知和采集，并且能够对所收集的信息进行处理直接传送至用户端，能够为用户提供全面的、可靠性较高的详实可靠的信息。由于无线传感器网络能够被适用于大多数恶劣以及特殊的环境条件下，其已经被广泛的应用于国防军事、环境监测、箭筒管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾等领域。

随着无线传感器技术的不断发展，以及其应用范围的不断拓宽，其经常被应用于一些极端恶劣的环境条件下，以收集外部环境的数据。由于传感器节点的电源、存储和计算能力有限，并且应用环境恶劣，使得传感器节点比传统网络的节点更易于失效。在这些情况下维持高质量的服务，并尽可能地降低能源消耗是很有挑战性的，有效的故障管理对于达成这些目标是有极大帮助的。因此，对无线传感器网络故障进行管理是非常重要的。一般来说无线传感器网络故障的管理包括三个阶段：网络故障的检测、网络故障的诊断以及网络系统的恢复等。

本文由于篇幅以及研究经历有限，将重点研究无线床干起网络故障管理中的网络故障检测部分。无线传感器网络故障检测按照故障检测的执行主体所处位置的不同，可以将无线传感器网络故障检测方法分为集中式方法和分布式方法。

一、集中式的无线传感器网络故障检测方法

集中式方法是无线传感器网络故障诊断中较为常见的一种方法。一般来说，负责对网络进行监控、对失败或可疑节点进行追踪的店是处于物理上或逻辑上的中心位置节点。中心位置的节点在无线传感网络系统中所负责的事务较多。因此，无线传感器网络在运营过程中，通常是不让中间位置的节点不受到能量的限制。进而能够保证其执行大范围的故障管理任务。集中式方法的接受如集中式方法的结构如主要采用周期轮询的方式来对节点进行管理：中心节点通常采用周期性主动探测的方式发布一些探测包，来获取节点的状态信息，对获得的信息进行分析，从而确定节点是否失效。

采用集中式网络管理，所有的网络设备都由一个管理者进行管理。当信息流量不大的时候，集中式网络管理简单且有效，在失效节点定位方面具有高效和准确的优点，所以它非常适用十小型的局域网络。在集中式网络管理结构下，管理者作为“客户”要完成复杂的网络管理任务，同时还必须与多个作为“服务器”的代理交换信息。这种结构存在着较大的缺陷，主要表现为：

1）所有的分析和计算任务都集中在中心节点站，造成网络管理的瓶颈，中心节点负载过重。由于其余节点的信息收集后都是发往中心节点，因此中心节点很可能变成一个专门用于数据传输的节点以满足故障检测和管理的需要。随之而来的问题就是中心节点所在的区域会有大量的流量往来，导致该区域的节点能量消耗急剧增加，越是靠近中心节点的越是这样。

2）中心节点站一旦失效，整个网管系统就崩溃了，这样导致整个系统的可靠性偏低。

3）集中式结构导致大量的原始数据在网络上传输，带来了大量额外的通信量，占用大量的通信带宽，并导致网管系统工作效率降低。

4）用于监测网络并收集数据的代理是预先定义好且功能固定的，一旦要扩展新的功能时十分不便，这样会造成系统的可扩展性较差。

5）远端节点与管理中心之间的距离较远，且传感器网络中采用多跳通信，因此这两者之间的信息交互时延过长。

二、分布式方法

分布式方法支持局部决策的概念，能够平滑地将故障管理分散到网络中去。目标是让节点在与中心节点通信前，能够给出一定层次的决策。在这种思想下，传感器节点能做的决策越多，越少的信息将被传输给中心节点，从而减少通信量。其算法流程如右表1。分布式的方法通常分为以下几种：

1）节点自检测方法。节点自检测的方法依赖于节点自身所包含的功能进行故障检测，并将检测结果发送给管理节点。文献[4]中介绍了一种节点自检测的方法，通过软件和硬件的接口检测物理节点的失效。硬件接口包含了几个灵活的电路用于检测节点的方位和碰撞。软件接口包含了几个软件部件，用于采样传感器节点的读取行为。由于故障的检测由节点本身完成，这种方法的优点是不需要部署额外的软件或硬件节点用于故障检测。

2）邻居协作的方法。顾名思义，邻居协作的基本思想就是：在节点发出故障告警之前，将节点获得的故障信息与邻居（一跳通信范围内）获得的故障信息进行比较，得到确认的情况下才将故障信息发往管理节点。在大多数的情况下，中心节点并不知道网络中的任何失效信息，除非那些已经用节点协作方式确认的故障。这样的设计减少了网络的通信信息，从而保留了节点的能量。

3）基于分簇的方法。基于分簇的方法将整个网络分成不同的簇，从而将故障管理也分散到各自的区域内完成。簇内采用散播的方式来定位失败节点，簇头节点与一跳范围内的邻居以某种规则交换信息。通过分析收集到的信息，根据预先定义的失败检测规则可以最终确定失败节点。接着，如果发现了一个故障节点，该区域所在的节点将会把信息传播给所有的簇。

三、结束语

如今，无线传感器网络应用范围正在逐步扩大，而且多数学者认为，无线传感器网络是物联网平台实现的基础性架构。因此对于无线床干起网络的研究对实践工作具有一定的指导意义，本文主要针对无线传感器网络故障的方法进行了分类描述分析，对于指导无线传感器网络故障研究工作具有一定的指导意义。

参考文献：

[1]宋和平，胡成全，樊东霞，何丽莉，曹英晖.基于簇的无线传感器网络密钥管理方案[J].吉林大学学报（信息科学版）.2011（03）

[2]孙凌逸，黄先祥，蔡伟，夏梅尼.基于神经网络的无线传感器网络数据融合算法[J].传感技术学报.2011（01）

[3]申山宏，黄日茂，李昌华.无线传感器网络节点故障相关性分析[J].电脑知识与技术.2010（36）

4.无线传感网络课程作业 篇四

——House Stage

不知不觉中时光在悄悄的流逝，转眼之间，我选择这个专业已经两年了。从一开始的不知物联网为何物的懵懂少年，成长为了一名热爱物联网技术并坚定的以它为未来目标职业的物联网发烧友。这其中经历了太多太多。今天就接着这个机会，来谈一谈我内心中对智能家居系统的一种设计理念。

目前在全球范围内，都有一股对物联网技术的推崇，其中以智能可穿戴设备，智能家居，车联网为主导方向。而在其中，谷歌与苹果相继发布了关于Self-Driving Car与IWatch的相关信息后，关于物联网技术的应用更是达到了一个白热化的阶段，各种各样的智能设备也随之活跃起来。但是智能家居系统却始终处在一个较为尴尬的局面，市场上主要以智能家居单品为代表。究其根源，一方面有用户体验方面的原因，另一方面也有在安全方面的原因。而我的House Stage主要设计是出于用户体验方面的考量。

首先，用户在使用智能家居系统时，首要的考量便是完全性的问题，因此我设计的House Stage使用的协议为ZigBee协议。之所以选择这样的协议主要是对比WiFi协议，ZigBee协议具有低功耗，成本低，短时延，组网能力强，安全性能高等优势，而它的缺点也比较明显，那就是对于数据传输的速率比较低。但是对于实现家庭自动化的智能家居系统来说，这并不是问题。目前市场上的智能家居系统主要是采用WiFi协议，一方面WiFi协议开发成本高，导致后期智能系统价格不够亲民，群众接受度不高，而且安全性差，达不到群众内心中对智能系统的最基本要求；另一方面，WiFi组网能力不强，能够接受的有效节点数只有32个，这对于普通用户家庭中所拥有的家电数目显然是不太够的。同时，用户在使用智能家居系统时也会考虑到平时的功耗问题，而ZigBee不仅工作时耗电少，而且支持休眠模式。平时不用工作时可以处于休眠状态，用户需要使用时直接唤醒即可，另外ZigBee从休眠状态转换到工作状态所花费的时间非常的短，具有较好的用户体验。考虑到用户家中可能设置有无线路由器并使用WiFi接入网络，所以在House Stage中会引入抗干扰机制，采用非协作方式，通过动态信道分配，来减少ZigBee与家庭WiFi的冲突。同时使用ZigBus总线协议，添加多级无线信号的有线中继，解决了多楼层多单元之间的信号覆盖问题。对于家庭中平时采集的数据则存放在后台数据库中，采用一套轻量级数据库加密技术，并且通过物理网络地址绑定，允许绑定多个物理地址。只有通过事先设置好的终端才能进行查看，并且用户可自行设置数据的最大存活周期。这都大大提高了系统的安全性，满足了用户对系统安全性的需求。其次在功能方面，整个系统可分为安防监控系统和智能操控系统。在安防监控系统中，使用了系统集成的无线网络摄像头以及各种安防传感器如红外线探测器，烟感/煤气传感器，智能门锁控制等。同时安防系统支持3G网络，当用户不在家时，可以通过手机等移动终端查看家中的情况。当有小偷或是发生火灾等重大紧急情况，在向用户发送紧急信息的同时，也会接入到当地公安机关和消防部门等。如果家中有老人或者小孩发生意外，系统还会发送警告信息给用户，帮助用户妥善处理这类问题。不仅如此，当有访客来访时，系统也会对访客进行拍照，并且发送到用户手机上，用户可以考虑是否接待客人。如果用户选择接待，则系

统开门迎接，并打开部分娱乐性的家电供访客打发时间。如果用户此时不方便接待，则可以选择不接待，此时系统会自动播放录音，可以是用户自行设定的录音，也可以是系统默认的录音。同时支持黑名单功能，用户一旦将来访者列入黑名单后，系统今后将自动拒绝来访者的来访请求。而智能操控系统则包括了智能灯光控制，智能家电控制，智能家居情景模式切换，智能环境监控等。在智能灯光控制方面，支持手机电脑远程控制，兼容多种情景模式，如会客，家庭影院，派对等，同时也支持智能感应。在晚上的时候，当有人起夜时，系统通过传感器检测到有人夜间活动，便会亮起电灯，当人离开时又会自动关闭。当然此时的安全监控系统是开启的，门磁也处于工作状态，所以能够识别盗贼。另外在智能家电控制功能中，用户不仅可以通过移动网络对家里的家电进行操控，在没有网络的情况下，也可以通过将手机短信发送到家里的系统控制终端来达到操控目的。打个比方，在夏天酷热难耐时，你正好在赶回家的路上。此时的你想必是希望快点回到家中躲避这样的酷暑吧。但是，即便回到家中，打开空调到室内温度达到一个舒适温度也需要数分钟的时间。如果拥有这样的一个系统，你只需要设定好温度和时间并将信息发送回家，系统终端接收到信息后便会通过相应的智能开关打开空调进行制冷。这样一方面即可实现用户远程控制家电的想法，另一方面，使用智能开关更加具有灵活性，即便不是智能家电设备也可以进行轻松调控。可如果你在家想看一场电影而又苦于没有在电影院看的那种感觉，亦或是你想开一场派对却又懒得布置环境，那么拥有这套系统就可以轻松帮你搞定。用户只需要在系统终端中选择到智能家居情景模式切换，并选择相应的模式即可。比如用户选择了影院模式，灯光便会自动调整为影院模式，同时窗帘自动拉上，各种音频视频设备自动打开，DVD机智能选择播放用户喜欢的电影。又或者用户选择派对模式，系统会将普通灯光换成彩色闪灯，在打开各类音频视频设备的同时，还能智能调控音量大小，让用户既能玩的尽兴又不用担心噪声扰民。另外用户只需准备好相应的食材，并在网上下载相应的烹饪算法，然后将这一切交给智能家居便可。而对于智能环境监控这个功能来说，它通过调用分布在家中各处的温度湿度传感器对家居环境进行检测，并自动控制中央空调调节温度和湿度，还可通过光传感器，在白天的时候检测家中的采光情况，并控制窗帘和窗户进行光线调节，给用户营造一个舒适的家居环境。

以上便是我对智能家居系统的一个设想，其中部分功能已经现世，但仍然不完善，有一些功能则尚未开发出来。另一方面在系统组成架构上是按照课本上及其相应的一些专业知识进行合理的构想组合，并认为有一定可能可以实现的，并且我认为这样的一套系统在未来10~20年内有可能被开发出来。因为其中的大部分技术与协议是现今所有的，只是通过重新的组合，以一种新的方式呈现出来。但是由于某些协议中的技术标准尚不完善，并且大部分市场尚未打开，所以需要一定的时间来完善。同时这也是我对无线传感器网路技术及其应用这门课程学习后的心得体会的缩影，绝大部分资料来源于课本和之前的物联网导论及其自己平时经常关注的一些国外较成熟产品的功能，整片文章纯手打，来源于互联网的资料少之又少，无任何抄袭复制的成分。

学习心得

经过了一个学期的无线传感网络技术及其应用的课程学习，我对物联网的了解更加深入了一点，从以前只知道事物之间可以互联互通，到现在对相应技术及

5.无线传感器网络选择题 篇五

所谓的无线传感器网络是具有感知能力、计算能力和通信能力的无线传感器网络（WSN, wireless sensor networks）综合了传感器技术、嵌人式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，获得详尽而准确的信息，传送到需要这些信息的用户。是一种无中心节点的全分布系统。通过随机投放的方式，众多传感器节点被密集部署于监控区域。这些传感器节点集成有传感器、数据处理单元、通信模块和能源单元，它们通过无线信道相连，自组织地构成网络系统。其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中

被监测对象的信息并发送给观察者。

无线传感器网络集传感器技术、微机电系统（MEMS）技术、无线通信技术、嵌入式计算技术和分布式信息处理技术于一体，因其广阔的应用前景而成为当今世界上备受关注的、多学科高度交叉的热点研究领域。由于WSN的巨大应用价值，它已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的广泛关注，被广泛地应用于军事，工业过程控制、国家安全、环境监测等领域。哈尔滨工业大学的李建中教授将WSN定义为：WSN是由一组传感器节点以自组织的方式构成的有线或无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布给观察者。如下图，从软件上看，它借助于节点中内置传感器有效探测所处区域的物理参数，并通过无线网络将探测信息传送到数据汇聚中心进行处理、分析和转发。

目前，传感器网络已经获得了广泛的应用，可以说已经覆盖了社会的各个领域。本文选择其中几个重要的领域简单介绍一下。

1.军事防御：军事传感器网络探测和获取敌军情报。由于战场情况复杂，如果靠人去收集敌方情报是很危险的，而通过将传感器网络放置在敌军阵地却可以安全地获得精确的信息，同时也不容易被敌军察觉。在士兵、装备及军火上加装传感器以供识别，分清敌我，防止误打。监控战场上的状态。通过飞机空投等方式将大量廉价微型的传感器节点散布在预定区域，通过这些传感器节点实时监测周围环境的变化，并将监测到的数据通过卫星信道等方式发回基地，这样就可以实时地监控战场上的状态。跟踪射击对象的位置。通过传感器节点对射击对象的跟踪、定位，实现精确制导。探测及判定化学、生物、放射、核子等物质和攻击。利用传感器网络及时、准确地判断是否有生化武器及核武器的攻击，确定生化源、爆炸中心的位置，为军队提供反应时间，从而最大可能地减小伤亡。

2.环境监测：目前的环境状况逐渐恶化，已引起人们广泛的关注。加强对环境的研究，防止进一步的恶化，具有重大的意义。环境监测主要包括以下几个方面：监测平原、森林、海洋等的环境变化；提供遭受化学污染的位置并检定出化学污染的种类，避免工作人员冒险进入受污染区域；灾害判定；监测空气污染、水污染及土壤污染；生态上的监控，例如生物栖息地与觅食习惯。

3.医疗卫生 ：佩戴在病人身上，对血压、心率等各项健康指标进行实时监测；作为隔离病房的监控设备，减少医生护士进病房的次数。

4.反恐抗灾：美国911事件的发生，使反恐成为各国普遍关注的问题。反恐问题主要是要及时的收集信息，加强对周围环境的监测，能够及时有效地应对突发事件，将传感器网络技术应用于反恐问题，可以有效地放置恐怖袭击事件的发生。另外还有在工业制造、交通控制、空间探索、能源、食品安全等领域中的应用，在此不一一赘述。

总的来说，未来的传感器网络主要有以下几个发展方向：

（1）节点微型化。利用现在的微机电、微无线通信技术，设计微体积、长寿命的传感器节点是一个重要的研究方向。伯克利大学研制的尘埃传感器节点，把传感器的大小降低到一个立方毫米，使这些传感器颗粒可以悬浮在空中。

（2）寻求系统节能策略。无线传感器网络应用于特殊场合时，电源不可更换，因此功耗问题显得至关重要。现在国内外在节点的低功耗问题上已经取得了很大的研究成果，提出了一些低功耗的无线传感器网络协议，未来将会取得更大的进步。

（3）低成本。由于传感器网络的节点数量非常大，往往是成千上万个。要使传感器网络达到实用化，要求每个节点的价格控制在1美元以下，而现在每个传感器节点的造价大约在80美元左右。如果能够有效地降低节点的成本，将会大大推动传感器网络的发展。

（4）传感器网络安全性问题和抗干扰问题。与普通的网络一样，传感器网络同样也面临着安全性的考验，即如何利用较少的能量和较小的计算量来完成数据加密、身份认证等。在破坏或受干扰的情况下可靠地完成执行的任务，也是一个重要的研究课题。

（5）节点的自动配置。未来将着重于研究如何将大量的节点按照一定的规则组成一个网络。当其中某些节点出现错误时，网络能够迅速找到这些节点，并且不影响到网络的正常使用。配置冗余节点是必要的。

6.无线传感器网络选择题 篇六

关键词：IEEE802.15.4IEEE1451智能传感器网络

近年来，随着计算机技术、网络技术与无线通信技术的高速发展和广泛应用，人们开始将无线网络技术与传感器技术相结合，提供了无线网络化传感器的概念。它不仅可以应用于Internet接入互连，还适用于有线接入方式所不能胜任的场合，以提供优质的数据传输服务。例如，在工厂巨大的设备间、低速长距离的通信要求和危险的工业环境。

12月IEEE成立了IEEE802.15.4工作组，致力于定义一种从廉价的固定、便携或移动设备使用的极低复杂度、成本和功耗的低速率无线连接技术。产品的方便灵活、易于连接、实用可靠及可继续延续是市场的驱动力。一般认为短距离的无线低功率通信技术最适合传感器网络使用，传感器网络是802.15.4标准的主要布场对象。将传感器与802.15.4设备组合，进行数据收集、处理和分析，即可决定是否需要或何时需要用户操作。满足802.15.4标准的无线发射/接收机及网络被Motorola、Philips、Eaton、Invensys和Honeywell这些国际通信与工业控制界巨头们极力推崇。目前，IEEE1451工作组已考虑在其基础上实现无线智能传感器网络WSN(WirelessSensorNetworks)。本文探讨了基于IEEE802.15.4标准的无线智能传感器网络的实现。

1基于IEEE802.15.4标准的智能传感器模型

1.1IEEE1451智能传感器模型

智能传感器建立了一个标准化的传感器网络协议。它规定了传感器模块的电子数据表单，也定义了访问数据表单、读取传感器数据、设置参数的数字接口。IEEE1451的目的就是提供一个工业标准接口，有效地连接传感器和微控制器，并把传感器接入网络。

IEEE1451模型主要由智能传感器接口模块STIM(SmartTransducerInterfaceModule)和网络应用处理器NCAP(NetworkCapableApplicationPorcessor)组成，中间通过传感器独立接口TII相连接。NCAP模块用来运行网络协议堆和应用硬件，与网络互联;STIM模块为智能变送器接口模块，其中包括变送器电子数据表单TEDS(TransducerElectronicDataSheet)，一个STIM可以连接太量不同的传感器或执行器，在正常使用过程中传感器和STIM是不可分开的。变送器独立接TII(TransducerIndependenceInterface)主要定义二者之间点点连线、同步时钟的矩距离接口，使制造商可以把一个传感器应用到多种商网络中。另外，IEEE1451标准通过TEDS，使传感器模型具有即插即用的兼容性。原始数据转换为国际标准单位。其结构如图1所示。

智能传感器接口模块是围绕传感元件建立起来的，包括传感器TEDS、控制、状态寄存器、中断屏蔽、寻址、功能译码逻辑、触发、触发应答功能，这些都是用于传感器独立接口的数字接口。传感器独立接口包括数据传输、时钟、触发、应答线。接口是串行外围接口，由两根串行数据输入输出组成。智能传感器接口模块通过传感器独立接口上电，这就意味着STIM可被热扫描，而不用释放对网络中其他传感器的操作。

智能传感器模型包括自身带有的内部消息：制造商、数据代码、序列号、使用的极限、未定量以及校准系数等。当电源加上STIM时，这些数据可以提供给NCAP及系统的其它部分。当NCAP读入STIM中TEDS数据时，NCAP可以知道这个STIM的通信速度、通道数及每个通道上变送器的数据格式(12位还是16位)，并且知道所测量对象的物理单位，知道怎样将所得到的原始数据转换为国际标准单位。

在与STIM通信的过程中，NCAP一直是主机，通信速率由NCAP设定，这会影响STIM中的采样速率，但是避免了释放数据以及对存储器的巨大需求。当STIM连接到NCAP时，NCAP从TEDS读取有关STIM的信息之后，读取STIM采样的数据。

1.2IEEE1451智能传感器标准与802.15.4标准的融合

IEEE802.15.4满足国际标准组织(ISO)开放系统互连(OSI)参考模式。它定义了单一的MAC层和多样的物理层。关于IEEE802.15.4标准详细的内容请参阅文献[7]。

为了有效地实现无线智能传感器，笔者考虑结合IEEE1451标准和802.15.4标准进行设计，需要对现有的1451智能传感器模型开出改进的。

方案之一是无线STIM(智能传感

器接口模型)：STIM与NCAP之间不再是TII接口(传感器独立接口)，而是通过IEEE802.15.4无线(收发模块)传输信息。传感器或执行器的信息由STIM通过无线网络传递到NCAP终端，进而与有线网络相连。另外，还可以在NCAP与网络间的接口替换为无线接口。

方案之二是无线的NCAP终端：STIM与NCAP之间通过TII接口相连，无线网络的收发模块置于NCAP上，另一无线收发模块与无线网络相连，从而与有线网络通信。在此方案中，NCAP作为一个传感器网络终端。如图2所示。

7.无线传感器网络综述 篇七

随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟,具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器开始在世界范围内出现,由这些微型无线传感器构成的无线传感器网络引起了人们的极大关注。这种无线传感器网络综合了传感器技术[1]、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术,能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息,并对这些信息进行处理,获得详尽而准确的信息,传送到需要这些信息的用户。例如,传感器网络可以向正在准备进行登陆作战的部队指挥官报告敌方岸滩的详实特征信息,如丛林地带的地面坚硬度、干湿度等,为制定作战方案提供可靠的信息。传感器网络可以使人们在任何时间、地点和任何环境条件下获取大量详实而可靠的信息。因此,这种网络系统可以被广泛地应用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾等领域。传感器网络是信息感知和采集的一场革命。

无线传感器网络的研究起步于20世纪90年代末期,从2000年起,国际上开始出现一些有关传感器网络研究结果的报道,但是,这些研究成果处于起步阶段,距离实际需求还相差甚远。我国在传感器网络方面的研究工作还很少,目前,哈尔滨工业大学、清华大学等已经开始了该领域的研究工作,无线传感器网络的研究任重而道远。

1 无线传感器网络的基本概念及特点

1.1 基本概念

图一所示为一个典型的无线传感器网络的系统结构[3],包括分布式传感器节点[4](群)、接收发送器、互联网和用户界面等。其中,传感器网络节点[5]的基本组成包括如下4个基本单元:传感单元(由传感器和模数转换功能模块组成)、处理单元(包括CPU、存储器、嵌人式操作系统等)、通信单元(由无线通信模块组成)以及电源。

传感器网络节点为一个微型化的嵌人式系统构成了无线传感器网络的基础层支持平台。目前国内外已经出现了许多种网络节点的设计,它们在实现原理上是相似的,只是分别采用了不同的微处理器或者不同的通信或协议方式。

1.2 无线传感器网络的特点

(1)硬件资源有限[3]。节点由于受价格、体积和功耗的限制,其计算能力、程序空间和内存空间比普通的计算机功能要弱很多。

(2)电源容量有限。网络节点由电池供电,电池的容量一般不是很大。

(3)无中心。无线传感器网络中没有严格的控制中心,所有节点地位平等,是一个对等式网络。

(4)自组织。网络的布设和展开无需依赖于任何预设的网络设施。

(5)多跳路由。网络中节点通信距离有限,一般在几十到几百米范围内,节点只能与它的邻居直接通信。

(6)动态拓扑。无线传感器网络是一个动态的网络,节点可以随处移动。

(7)节点数量众多,分布密集。为了对一个区域执行监测任务,往往有成千上万传感器节点。

2 无线传感器的研究现状

2.1 军事领域的研究进展情况

美国陆军2001年提出了“灵巧传感器网络通信”计划[7],被批准为2001财政年度的一项科学技术研究计划,并在2001~2005财政年度期间实施。

美国陆军近期又确立了“无人值守地面传感器群”项目,其主要目标是使基层部队指挥员具有在他们所希望部署传感器的任何地方灵活地部署传感器的能力。

美国海军最近开展的网状传感器系统CEC(cooperative engagement capability)是一项革命性的技术,CEC是一个无线网络,其感知数据是原始的雷达数据。

2.2 民用领域的研究进展情况

1995年,美国交通部提出了“国家智能交通系统项目规划”,预计到2025年全面投入使用。该计划试图把先进的信息技术、数据通信技术、传感器技术、控制技术及计算机处理技术有效地集成运用于整个地面交通管理,建立一个在大范围内、全方位发挥作用的,实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。

2002年10月24日,美国英特尔公司发布了“基于微型传感器网络的新型计算发展规划”。今后,英特尔将致力于微型传感器网络在预防医学、环境监测、森林灭火乃至海底板块调查、行星探查等领域的应用。实现该计划需要3个阶段,即物理阶段、实现阶段和应用阶段。

2.3 学术界的研究进展

学术界的研究主要集中在传感器网络技术和通信协议的研究上,也开展了一些感知数据查询处理技术的研究,取得了一些初步研究结果。目前的研究工作还处于起步阶段,大量的问题还没有涉及到,未来的研究工作任重而道远。下面,我们介绍一下目前的主要研究进展.

2.3.1 传感器网络技术的研究

加州大学伯克利分校提出了应用网络连通性重构传感器位置的方法、传感器网络上的数据分布式存储的地理Hash表方法、确定传感器网络中节点位置的分布式算法等。

加州大学洛杉矶分校开发了一个无线传感器网络和一个无线传感器网络模拟环境,用于考察传感器网络各方面的问题。

斯坦福大学提出了在传感器网络中事件跟踪和传感器资源管理的对偶空间方法以及由无线网连接的传感器和控制器构成的闭环控制系统的框架。

2.3.2 传感器网络通信协议的研究

人们首先对已有的因特网和Ad Hoc无线网络的通信协议进行了研究,发现这些协议不适用于传感器网络。其原因如下:(1)传感器网络中的传感器节点数量远大于Ad Hoc网络中的节点数;(2)感知节点出现故障的频率要大于Ad Hoc网络;(3)感知节点要比因特网和Ad Hoc网络中的节点简单。

2.3.3 感知数据查询处理技术的研究

康奈尔大学在感知数据查询处理技术方面开展的研究工作较多。他们研制了一个测试感知数据查询技术性能的COUGAR系统,提出了在传感器网络上计算聚集函数的容错和可扩展算法。

哈尔滨工业大学和黑龙江大学在传感器数据管理系统方面开展了研究工作,提出了以数据为中心的传感器网络的数据模型、一系列的能源有效的感知数据操作算法和感知数据查询处理技术,并研制了一个传感器网络数据管理系统。

3 目前研究热点

在通信协议方面,包括物理层协议[8](研究传感器网络采用的传输媒体、频段选择及调制方式);数据链路层协议;网络层协议(主要指路由协议;平面路由协议等)。在传感器网络管理方面,主要的研究热点是能量管理,数据传送所带来的能耗最大,研究休眠、唤醒,以及采用发送功率低的RF等。控制节点对能量的使用,在各层上都可使用,如操作系统、物理层、链路层、路由协议等内容。另外,还有安全管理的内容,包括传统的无线电电磁干扰方式和对路由机制进行攻击;侵入节点发送误警数据,侵入节点致使网络的某些节点和某些网段互发大量的无用数据,使能量很快耗尽;传感器网络分立,形成监测黑洞,无法完成正常监测工作。在研究中,可以探索采用扩频通信、传感器节点接入认证、鉴权、数据水印和数据加密等技术提高网络的安全性。

4 存在的问题

就目前的技术程度来说,让无线传感器网正常运行并大批投入应用还面临着许多问题:

(1)网络内通信问题。无线传感器网络内正常通信接洽中,信号可能被一些障碍物或其他电子信号干扰而受到影响,怎样安全有效地进行通信是个有待研究的问题。

(2)成本问题。在一个无线传感器网络里面,需要应用数量宏大的微型传感器,这样的话成本会制约其发展。

(3)系统能量供给问题。目前重要的解决方案有:应用高能电池;降低传感功率;此外还有传感器网络的自我能量收集技巧和电池无线充电技巧。其中后两者备受关注。

(4)高效的无线传感器网络结构。无线传感器网络的网络结构是组织无线传感器的成网技巧,有多种形态和方法,合理的无线传感器网络可以最大限度的利用资源。在这里面,还包含网络安全协议问题和大规模传感器网络中的节点移动性管理等诸多问题有待解决。

总之,无线传感器网络利用远景非常诱人。无线传感器网络(WSN)被认为是影响人类未来生活的重要技巧之一,这一新兴技巧为人们供给了一种全新的获取信息、处理信息的道路。由于WSN本身的特点,使得它与现有的传统网络技巧之间存在较大的差别,给人们提出了很多新的要求。由于WSN对国家和社会意义重大,国内外对于WSN的研究正热烈开展,盼望能够引起测控领域对这一新兴技术的器重,推动对这一具有国家战略意义的新技术的研究、利用和发展。

参考文献

[1]PrtraJC,PalRN.A functional link artificialneu-ral network for adaptive channele qualization[J].SignalProcessing.1995.

[2]Pasquale Arpaia,Pasquale Daponte,DomcaicoGrmiald,ieta.ANN-Based Error Reduction for Exper-mi entally Modeled Sensors[J].IEEETrans.onInstru-mentationandMeasurement.2002.

[3]徐丽娜.神经网络控制[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1999.

[4]张华忠.无线传感器网络展望[J].国际学术动态,2005,(4):22-23.

[5]刘华峰,金士尧.三维无线传感器网络综述[J].计算机应用,2007,12(27):1-5.

[6]夏少波,许娥.无线传感器网络WSN探究[J].通信技术,2010,8(43):18-20.

[7]周雅琴,谭定忠.无线传感器网络应用及研究现状[J].传感器世界,2009(05):35-40.

8.面向物联网的无线传感器网络综述 篇八

关键词：物联网；无线传感器网络；发展

中图分类号：TP212.9

在这个网络技术飞速发展的时代里，无线网络已经得到了广泛的应用，无线网络为我国人民、社会的发展带来了巨大的便利。随着经济的发展，人们生活水平的提高，物联网的出现已成为必然。无线传感器网络作为物联网中的一种应用，其在我国当前社会发展过程中有着不可替代的作用，能为我国社会带来了极大的经济效益和社会效益。在这个快节奏的社会当中，人们对无线网络的性能要求不斷提高，为了满足当代社会发展的需求，就必须不断提高无线传感器网络性能。

1 物联网与无线传感器的概述

物联网作为新一代信息技术的重要组成部分，物联网就是物与物之间的互联网。首先，物联网是在互联网的基础上形成的，是以互联网为平台的，从某种意义上讲，物联网就是互联网的延伸和拓展。其次，物联网的用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。无线传感器作为当前网络中的一种应用，是现代网络技术发展的产物，无线传感器网络能够有效地保障网络安全，优化网络环境。在无线传感器网络中，利用传感器节点，对网络信息进行监测和采集，并对信息的发送过程进行全面跟踪，按照网络协议，实时的发送到接收端，保障整个网络安全。就我国当前网络运行环境而言，网络运行对传感器网络的性能需求较高，面对较为复杂的网络环境，对传感器的需求量就会增加，为了满足当代社会发展需求，在传感器网络中，必须配置以性能良好的系统软件平台，进而保障网络的实时跟踪、环境监测、状态监。在这个经济快速发展的社会当中，物联网的出现极大的方面了人们信息的交流、物与物的对接，而无线传感器作为一种网络应用，它能够在物联网中保障网络信息传输的安全，为物联网的发展提供技术保障。

2 基于物联网的无线传感器网络关键技术网络协议

2.1 网络协议

在现代网络运行中，网络通信的实现必须遵照一定的网络协议。网络协议是网络实现通信的基础和关键，如果网络缺乏网络协议，那么网络通信就会毫无规则可言，网络信息就难以完成传输。针对无线传感器网络的通信系统而言，以TCP/IP协议作为互联网的基础协议，是实现无线传感器网络通信的关键，在物联网的无线传感器网络中，一旦缺乏网络通信协议，网络就不可能实现通信，进而不利于现代网络技术的发展。任何和互联网有关的操作都离不开TCP/IP协议。在无线传感器网络中，其网络协议一般采用的是路由协议，而路由协议对无线传感器网络的节点消耗有着重大关联，按照路由协议，无线传感器网络中的每个节点都可以得到充分利用，进而保障整个网络性能[1]。同时，而网络作为当代信息处理的一种重要工具，无线传感器就是以处理数据为中心，为了满足网络用户的需求，在进行数据信息处理过程中，以统一的编址、统一的路径，将发送端的信息发送到接收端。

2.2 网络拓扑控制

网络拓扑是连接网络传输设备的物理布局，网络结构中的点与点之间的连接都是按照一定的顺序来进行的。在无线传感器网络中，传感器的网络拓扑就是在满足网络运行需求的前提下，利用传感器网络节点来消除网络中冗余的网络线路，进而为增加网络通信的通道，保障信息传输的效率[2]。拓扑控制的目的就是为了保障网络运行效率，实现无线传感器的网络通信。无线传感器网络中的节点具有多对一、一对多的特点，利用传感器节点可以实现节点控制，形成层次型拓扑结构，进而提高传感器节点的传输功率。随着网络运行环境的变化，网络拓扑结构变得越来越重要，自控性能好的网络拓扑结构能够有效地提高路由协议的效率，节省无线传感器网络节点能量消耗，进而保障网络性能，满足现代社会发展的需求。

2.3 网络安全

网络安全问题是现代网络技术发展的核心问题，在物联网中，人们利用物联网进行信息交流的行为不断发生，而网络的开放性使得人们在使用物联网的时候面临着较大的安全隐患，一旦人们重要的信息被恶意窃取、攻击旧货造成大量的损失，进而损害了网络用户的利益。而无线传感器网络利用网络加密技术，有效地保障了网络信息传输的安全[3]。另外，无线传感器网络要想完美的实现网络信息安全传输，其自身需要实现一些最基本的安全机制，通过加密处理、点到点的消息认证、水印技术等方法来确保信息的完整性，

2.3 定位技术

随着网络技术的发展，无线网络的应用也越来越广泛。目前，我国社会发展速度越来越快，人们对网络的依赖程度也越来越高，利用无线传感器网络人们可以实现地理位置的监测，从而为我国当代社会的科研工作提供可靠的数据参考。在物联网的无线传感器网络中，定位技术是无线传感器网络节点数据采集的核心[4]，利用无线传感器网络可以确定事件发生的位置或采集数据的节点位置，同时为了提供有效的位置信息，无线传感器网络结合了当代最新近的计算机技术，利用无线传感器节点来进行位置确认，同时传感器网络系统可以根据节点定位过程中是否实际测量节点间的距离或角度，准确的把握定位信息，从而为研究性问题提供可靠的数据。

2.4 数据的融合

在物联网中，针对不同的应用场合和控制对象，传感器网络节点的组成也是不同的，而在传感器网络数据传输过程中，数据要想实现完整的传输，对数据进行融合是一项重要的工作，只有符合无线传感器网络运行要求的数据信息才能更好地实现数据的传输，有效地节省能量[5]。在无线传感器网络中，传感器网络的各个节点在进行数据收集的时候，利用传感器节点的计算能力对收集到的数据进行融合，对冗余的信息进行剔除，进而保障数据传输通道，达到节约能量的目的。同时，数据融合也是需要按照一定的网络协议来，进而保障数据融合的准确度。数据融合技术可以与传感器网络的多个协议层次进行结合[6]。

3 结束语

物联网是继计算机、互联网之后世界信息技术的第三次革命，而无线传感器网络作为物联网中的一种应用技术，无线传感器网络技术的出现为现代物联网的发展提供了保障。随着现代网络技术的发展，人们对网络性能要求也在不断提高，无线传感器网络作为当代的网络应用技术，利用传感器网络中的节点可以实现网络数据采集、传输、融合及储存，保障数据传输安全，提高资源的利用效率，降低数据能量消耗。在当今科技不断发展的社会中，无线传感器网络技术日渐成熟，并将为我国现代社会创造更多的财富和价值。

参考文献：

[1]王义君.面向物联网的无线传感器网络时间同步与寻址策略研究[D].吉林大学，2012.

[2]赵磊.基于物联网感知层的无线传感器网络融合的研究[D].辽宁大学，2013.

[3]朱伟凯.无线传感器网络故障管理系统的研究与实现[D].沈阳师范大学，2014.

[4]杨静，辛宇，谢志强.面向物联网传感器事件监测的双向反馈系统[J].计算机学报，2013（03）：506-520.

[5]赵会敏，于传卓.面向物联网的传感器网络密钥管理研究[J].警察技术，2013（05）：51-53.

[6]郭雨齐.面向物联网的短距离传输频率及数据碰撞的检测与修复方法[D].吉林大学，2014.