感測器網路技術論文
感測器被越來越多地佈置到實際的網路環境中，用於實現某些應用。無線感測器網路已經成為了科學研究領域最前沿的課題之一，這是小編為大家整理的，僅供參考!
篇一
無線感測器網路技術
【摘要】 感測器被越來越多地佈置到實際的網路環境中，用於實現某些應用。無線感測器網路已經成為了科學研究領域最前沿的課題之一，引起了工業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感測器網路的實際應用，並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研究的方面。
【關鍵詞】 無線感測器 網路應用
隨著近距離、低功耗無線通訊技術的發展，無線感測器網路***WirelessSensorNetwork，WSN***應運而生。WSN是由具有感知、計算和通訊能力的微型感測器以Adhoc方式構成的無線網路，通過大量節點間的分工協作，實時監測、感知和採集網路分佈區域內的各種環境或監測物件的資料，並對這些資料進行處理，獲得詳盡而準確的資訊，最終傳送到需要這些資訊的使用者。WSN可廣泛應用於國防軍事、國家安全、環境監測、交通管理、醫療衛生、製造業、反恐抗災乃至商業和家庭等諸多領域，正受到政府、軍隊、研究機構、商業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網路的基礎上發展起來的，在自組織的組網方式和多跳通訊等方面與移動Adhoc網路具有相似性，但WSN在組網方式和具體應用上存在一些新的特點，主要表現為：與Adhoc網路中節點的動態移動相比，WSN的節點位置相對固定，網路拓撲會因節點能量耗盡而發生變化;由於節點體積較小，感測器網路具有許多資源上的限制，比如有限的電池功率和有限的網路通訊頻寬等;感測器節點間更多的是一種協作而非競爭的關係，為了完成共同目標而相互協作;不同節點採集的資料間具有一定相關性，需要進行資料會聚以減小冗餘資訊的轉發，降低通訊負荷;WSN中的應用多為多對一的情形，即存在一個Sink節點來收集資料並與外界通訊等等。無線感測器網路是新一代的感測器網路，具有非常廣泛的應用前景，其發展和應用，將會給人類的生活和生產的各個領域帶來深遠影響。發達國家，非常重視無線感測器網路的研究和發展，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，強調戰場情報的感知能力、資訊的綜合能力和資訊的利用能力，把WSN作為一個重要研究領域，設立了一系列的軍事感測器網路研究專案。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，支援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、義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感測器網路技術和通訊協議的研究上，也開展了一些感知資料查詢處理技術的研究，取得了一些初步研究結果。
IEEE正在努力推進無線感測器網路的應用和發展，美國的《技術評論》雜誌在論述未來新興十大技術時，更是將無線感測器網路列為第一項未來新興技術，《商業週刊》預測的未來四大新技術中，無線感測器網路也列入其中。可以預計，無線感測器網路的廣泛是一種必然趨勢，它的出現將會給人類社會帶來極大的變革。
一、無線感測器網路的組成
一個完整的無線感測器網路的體系結構主要由感測器節點、匯聚節點、使用者節點三部
分組成。大量感測器節點被放置在監測區域***雲圖包圍部分***，假定感測器節點A有監測資料要上報到使用者節點，則通過自組織路由協議建立A，B，C，D之間的無線鏈路，D再通過與之連線的匯聚節點將資料經由衛星、網際網路或行動通訊網等傳輸網路送達使用者節點。由於被監測區域往往不方便建立固定設施及有線鏈路，因此感測器節點之間的資料傳輸通常採取無線方式，而匯聚節點與使用者節點之間的傳輸既可採用有線方式，也可採用無線方式。
在無線感測器網路中，感測器節點是整個網路的基礎，它們擔負著感知資料、處理資料、儲存資料及傳輸資料的功能。
感測器節點主要由感測器、模數轉換模組、計算模組、儲存模組、通訊模組、電源模組幾部分組成，並在嵌人式軟體系統的支援下完成感測器節點的各項功能。感測器負責各種監測資料的獲取，將感知物件轉變成電訊號。模數轉換模組將非數字監測訊號轉變成數字訊號，方便後期處理。計算模組和儲存模組主要處理感測器和模數轉換送來的監測資料。通訊模組將計算模組的處理結果通過無線方式傳輸到下一個節點。
二、無線感測網的熱點研究問題
2.1 安全問題
2.1.1 安全路由
通常，在無線感測器網路中，大量的感測器節點密集分佈在一個區域裡，訊息可能需要經過若干節點才能到達目的地，而且感測器網路具有動態性和多跳結構，要求每個節點都應具有路由功能。由於每個節點都是潛在的路由節點，因此更易受到攻擊，使網路不安全。網路層路由協議為整個無線感測器網路提供了關鍵的路由服務，安全的路由演算法會直接影響無線感測器網路的安全性和可用性。安全路由協議一般採用鏈路層加密和認證、多路徑路由、身份認證、雙向連線認證和認證廣播等機制，有效提高網路抵禦外部攻擊的能力，增強路由的安全性。
2.1.2 安全協議
在安全保障方面主要有金鑰管理和安全組播兩種方式。1***金鑰管理：無線感測器網路有諸多限制，例如節點能力限制，使其只能使用對稱金鑰和Hash技術;電源能力限制，應使其在無限感測器網路中儘量減少通訊，因為通訊的耗電將大於計算的耗電;感測器網路還應考慮匯聚等減少資料冗餘的問題。在部署節點前，將金鑰預先配置在節點中，通常，預配置的金鑰方案通過預存的祕密資訊計算會話金鑰，由於節點儲存和能量的限制，預配置金鑰管理方案必須考慮節省儲存空間和減少通訊開銷。2***安全組播：無線感測器網路可能設定在敵對環境中，為了防止供給者向網路注入偽造資訊，需要在無線感測器網路中實現基於源端認證的安全組播。
2.2 能量問題
感測器的節點分佈眾多，並且需要進行監測、資料處理等活動，而無線感測器網路中的節點一般用電池供電，可使用的電量非常有限，並且對於有成千上萬節點的無線感測器網路來說，更換電池非常困難，甚至是不可能的，但是卻要求無線感測器網路的生存時間長達數月甚至數年，因此，如何在不影響功能的前提下，儘可能節約無線感測器網路的電池能量成為無線感測器網路軟硬體設計中的核心問題。現在已有一些解決方法，在大多數網路應用中，由於感測器節點監測事件的偶發性，沒有必要讓所有單元均工作在正常狀態下，可採用休眠模式，能自適應的休眠和喚醒，進行突發工作，節省能量。還可將所有功耗單元有機組合，形成不同狀態，讓感測器節點能根據需要在不同狀態間切換，這樣既可以滿足系統需要，又節省了能源。還可以動態調節電壓以節省能量，根據負載狀態動態調節供電電壓，形成一個閉環控制系統，節省能量。總之，在滿足系統要求的情況下，採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感測器網路實際應用的因素及目前的研究熱點。無線感測網路最終將成為聯絡資訊世界和客觀物理實際的介面，從而人類可以通過感測器網路獲得客觀物理世界的資訊並採取相應措施。
參考文獻
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[2] 任豐原，黃海寧，林闖.無線感測器網路[J].軟體學報.2003***7***
篇二
無線感測器網路安全技術
摘要：無線感測器網路作為一種相對較新的網路技術，能在許多方面發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侷限在軍事上。近些年來，隨著技術的進步，這種網路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。文章以無線感測器網路的概念特徵和應用特徵為基礎，分析了該網路在安全技術方面的常見問題，並提出了目前主要的5種安全防護措施，希望有助於相關研究運用的進一步發展。
關鍵詞：無線感測器網路;安全技術;技術應用
無線感測器網路的民用化程序近些年來顯著加快，其應用安全問題也越來越為人們所關注。但從現狀來看，相關安全技術的實際應用並不理想，以目前對無線感測器網路應用較多的醫療領域為例，網路滯澀現象非常嚴重，物理損壞率很高，實際運作的可用網路空間與節點往往不足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路的常見安全技術問題加以分析並探析其安全技術的發展方向。
1無線感測器網路概述
無線感測器網路是一種以大量的外部感測器作為末梢的分佈感測網路，這些感測器可以以無線的方式進行外部通訊。由於網路靈活性非常高，而且三次元涵蓋面極廣，所以被認為在軍事上有很大的發展潛力，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，所以無線感測器網路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無線感測器網路在安全上的技術問題
2.1安全機制缺失問題
雖然無線感測器網路近些年的民用發展很快，但從總體水平來看仍遠不及普通網路，在諸多方面都存在著一定的侷限性，比如後文將要說明的節點能量、通訊穩定性等。在這種情況下，很難系統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，只針對無線感測器網路中的個別節點，所以不僅漏洞很多，而且有效性也難以保障，安全隱患擴散的機率相當高。
2.2節點能量限制問題
無線感測器的網路節點通常具有小型化、廣域化特徵，所以一旦部署完畢，不僅難以更換，而且充電也很困難。可另一方面，無線網路裝置中有相當一部分屬於高能耗裝置，對能量的需求量非常大，這樣一來容量小、充電困難的網路節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感測器網路通訊功能的進一步發展，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演算法中，有相當一部分會消耗大量的能量，在節點能量的限制下，這些安全演算法無法使用，需要研究新的節能型安全演算法。
2.3節點組織隨機問題
無線感測器網路的構成基礎是大量成規模的感測器，這些感測器的佈置往往存在很強的自發性，而不是根據系統化、規範化的章程制度加以佈置，在這種情況下，節點組織在佈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，導致了節點安全防護的滯後性。
2.4節點物理安全問題
由於節點較小，所以在無線感測器網路中時常會產生被俘節點，這是一種物理安全問題。為了保證網路整體的運作效率，當被俘節點產生時，有必要迅速對其進行檢測和拆除，否則被俘節點造成的安全隱患有進一步擴大化的可能。但目前來看，我們仍缺乏第一時間發現和拆除被俘節點的有效手段，而且拆除被俘節點這個行為本身也有可能令安全隱患發生擴散。
2.5通訊穩定低下問題
使用無線感測器網路實現的通訊屬於一種無線通訊，所以本身就具有無線通訊固有的諸多通訊不穩定特徵，比如無線通道不穩、節點併發衝突等。此外，這種特殊的網路還具有自身獨有的一些通訊穩定性問題，例如，由於該類網路中多條路由同時存在，所以延遲性很強，在傳輸資訊時，個別資訊被攔截或者洩漏的可能性很高，在這種情況下，網路通訊的安全性與穩定性都受到很大的負面影響。
3無線感測器網路在安全上的技術措施
3.1通過密碼技術保障網路安全
在無線感測器網路的安全保障措施中，密碼技術是較為傳統也較為常規的一種。這種技術通過建立金鑰來構成網路安全機制，通常情況下程式碼和資料的長度越長，防護等級越高，但這兩項引數的長度增加會導致處理時間延長、能耗增大，進而令無線感測器網路的運作能效降低，所以在實際應用時要注意網路的基礎條件，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路安全
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，在普通網路中，路由安全問題相對較少，但無線感測器網路由於具有多路由延遲，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路安全保障措施引入，具體來說，就是應用多種安全路由協議對多路徑下的路由風險進行防範或者危害限制。
3.3通過金鑰管理保障網路安全
金鑰管理是另一種網路安全保障技術，嚴格來說，這種安全技術是從屬於密碼技術的，是對密碼技術中所創立的金鑰採取的安全管理措施。需要注意的是，雖然普通網路已經有了較為完善的金鑰管理技術，但是在網路拓撲嚴重不穩定的無線感測器網路中，這種傳統技術的應用適性很低，所以目前使用的大多是針對無線感測器網路特徵開發的特殊金鑰管理技術，比如預共享金鑰模型等。
3.4通過入侵檢測保障網路安全
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，雖然可以對外來節點入侵加以識別，但對被捕獲節點的入侵識別是做不到的。為此，相關人士研究了入侵監測技術，嘗試通過SEF機制來識別網路中的虛假資料，用鄰接節點評價機制來識別惡意節點。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通過資料融合保障網路安全
無線感測器網路中的資料大多是融合後使用的，但由於聚合資料中有可能存在虛假資料，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，一方面要藉助上文所述的入侵檢測技術分析和識別惡意節點，另一方面要訂立安全評估用的數學框架，以對資料融合過程進行安全評價，規避惡意資料的干擾。
4結語
總體來說，無線感測器網路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路的實際情況選擇適性最高的技術進行應用發展。需要注意的是，從目前的技術水平來看，無線感測器網路的硬體功能不夠完善，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有技術層面上提高無線感測器網路的安全性，但能效依然是比較有限的，只要硬體功能不改善，各項安全隱患就依然存在。因此，儘快針對無線感測器網路的硬體進行優化，開發出高強度、高容量、低能耗的網路元件，才是提高網路安全水平與運作能效的根本性措施。
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