基于Ad hoc 无线传感器网络关键技术研究及应用

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学家。
究主要集中在如下几个方面: 1 ) 密钥管理 密钥管理是数据加密技术中的重要一 环,它处理密钥从生成到销毁的整个生 命周期的有关间题,也包括密钥的行政 管理制度和管理人员的素质。它涵盖了 密钥的整个生命周期,是整个加密系统 中最薄弱的环节,密钥的泄密将直接导 致明文内容的泄漏。 2身份认证 ) 由 于传感器网络配置环境一般比较恶 劣,极易受到各种各样的攻击。为保证 信息的安全传递,需要有一种机制来验 证通信各方身份的合法性。通过公钥基 础设施,可以将公钥与合法拥有者的身 份绑定起来,从而建立并维护一个可信 的网络环境。非对称加密体制具有很高
于A hc d 无线 o 传感器网络关键技术研究及应用
许强 衡阳广播电 视大学 4 10 201
摘 要 无线传感器网络被誉为2 世纪四大高新技术 !
32无线传感器网络的拓扑控制机制 . 价格要求非常低廉,因而造成它的处理能 由于传感器接点具有资源受限的新特 力、存储能力、通信带宽和携带的能量都 之一。本文首先介绍它的特点, 接着阐述了 它 点,因此对于a h c d 无线传感器网络而 o 的部 分关健技 术,最后给 出了两个在监控 方 非常有限,目 前节省电源能量成了无线传 言,网络拓扑控制对网络性能影响很 面的典型应 用。 感器网络系统设计中的重要目 标。 大,因此必须设计优化的网络拓扑控制 关镇词 2 2自 s f raid . 组织(l Ogn e) e - z 机制。主要表现在以下几个方面 : 无线传感器网络 ;A o ;体 系结构 ;拓 d c h 无线传感器网络系统通过一套合适的 1 )影响整个网络生存时间。无线传 牙控 制 卜 通信协议保证网络在无人干预的情况下自 感器网络接点一般采用电池供电。拓扑控 A src bt t a 动组网,自 动运行。在节点失效等问题 制的一个重要目 标就是保证网络连通性和 W ee Sn r wr (Ss c se d o ils s Nto s N夕 o ir a n re e o e k W i nd e s s e 出现的情况下,系统能自动调整,实现 覆盖度的情况下,尽量合理高效地使用网 o t fu h h t h i te s cn r . tr f or 一 e s h 2 t t y A e h e i g c n 1 eu f 无人值 守 。 络能量,延长整个网络的生存时间。 dcsn i fau s e pr e ns ky iu i t etr t p e p s t te s s g s e h a re h e 2 3以数据为中心(a 一 Cnr ) . Dt a etc i 2 减少接点间通信干扰, ) 提高网络通 t hqe o W N . nl te pr r u s o e nus Ss F ay p e i o c t ci f i l h a n de w a t 与传统网络不同。在无线传感器网 信效率,拓扑结构的功率控制技术是解决 tp ap ais m n on . yi pl tn o oirg c i o f t i c 络中,节点没有1 P地址,是以数据为中 Ky d e wr os 这个矛盾的重要途径之一。 心的网络,它关心的是数据本身,如事 wesss nwr ; h ; i te Tpo ie eo e o s A o aheu ; og r s r k d r t r o ly l n t c c c 3 )为路由协议提供基础,在无线传 c n rl o to 件、时间和地点,而并不关注数据是由 感器网络中只有活动接点才能进行数据转 叨 个节点采集。 R 发,而拓扑控制可以确定由 哪些接点作为 2 4 与应用相关( p l ain . A pi t 一 c o 转发接点, 同时确定接点之间的邻居关系。 1 引言 、 R le et a d) 4 影响数据融合, ) 数据融合是指在传 随着具有感知能力、计算能力和通 无线传感器网络系统与应用密切相 感器接点将采集的数据发送给骨千接点, 信能力的微型传感器开始在世界范围内出 关, 不同的应用背景,无线传感器网络的 骨干接点进行数据融合,并把融合结果发 设计具有差别,甚至完全不同。 现,由这些微型传感器构成的传感器网络 送给数据收集接点,而骨干接点的选择是 引起了人们的极大关注。无线传感器网络 拓扑控制的一项重要内容。 则是由一组传感器以A H c d 方式构成的 o 3 键 术 、关 技 5 )弥补接点失效的影响,传感器接 有线或无线网络,其目 的是协作地感知、 点可能部署在恶劣环境中,容易受到破 无线传感器网络目 前的几个主要关键 采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对 技术包括体系结构、拓扑控制、安全、 坏而失效,要求网络拓扑结构具有鲁棒 象的信息, 尽管人们针对无线局域网和无 性以适应这种情况。 移动管理、扩展性等。 线A H c d 网络提出了很多的协议和算法, o 传感器拓扑控制可以分为两类 ,接 3 .1无线传感器网 络的体系结构 但是这些协议和算法并不能直接用于 点功率控制和层次型拓扑结构组织 ,他 无线传感器网 络系统的监测区域中随 WS , N除T N WS 具有A H c 络的移 d 网 o 机分布着大量的传感器节点,这些节点 们提出了 较合理的算法, O P W统 如C M O 动性、 断接性、电源能力局限等共同特征 一功率分配算法、 T p i 成簇算法等, oDs c 以自组织的方式构成网络结构。每个节 外, 还具有很多新的特点, 故WS N是一种 点既有数据采集又有路由功能,采集数 但这些算法只考虑了某个方面 ,都不全 新型的网络,需要新的网络体系结构。 面 ,有待进一步完善。 据经过多级传递给汇聚节点,连接到互 33无线传感器网络的安全问题 . 联网。在网络的任务管理节点对信息进 安全是系统可用的前提,需要在保 2 无线传感器网络新的特点 、 行管理、分类、处理,最后供用户进行 证通信安全的前提下 ,降低系统开销 , 2 1资源受限(e uc C nt i) 集 中处理 。 . R s r os a o e r n
传感器节点是微型嵌入式设备, 它的
-1 2 2-
研究节能的安全算法。目 前存在两种思 路 :一种是从维护路 由安全的角度出
发。寻找尽可能安全的路由以保证网络 的安全。另一种是把重点放在安全协议 方面。目前,对于传感器网络安全的研
节点非常坚固,不易损坏。同时传感器 节点数目巨大。因此,传感器网络的软硬 件必须具有高强壮性和容错性。
2 无线传感器网 ) 络在海底自 主机器人
3 ) 攻防技术 根据无线传感器网络受攻击特征, 解决安全问题的可从侵检测、安全方案 和技术方案的有机结合、管理和维护节 点的密钥数据库、安全路由等方面考 虑。 uhd y Db B d ai a 等人经过大是研究 t e 和实践 ,建立一种基于层次的安全机 制,对于不同的安全需要采取不同的安 全机制,这样在满足安全的同时不降低
网络 。
支 , 必 成 未 社 应 最 的一] 持 它 将 为 来 会 用 广 囚. 清华大学出 版社. 0. 21 0
业出版社 .02 20 .
[ 牛云编著 数据备份与灾难恢复〔 . 1 ] M机 ] 械工业出版社.05 20 [ 捧华成编著. 2 ] 管理信 b , 系统 ( 三版) 第 洲 清华大学出 版社. 0. 21 0 [ 张海潘编著. 习 软件工程导论 ( 三版) 第
整个网络的效率 。
矿物探测应用 根据海底矿物探测的要求和海底通信 十分困难的现实,采用携带无线传感器 上接 第 11 2页 的自主机器人进行探测是最好的方法。 各个传感器之间可以在无人千预的情况下 输信 自资源的规划、开发和利川。我们 、 自动组网,自动运行,而在节点失效等 将允分利用现代科学技术 ,特别是利川信 问题出现的情况下,系统能自动调整。 息处理技术、通信技术、控制枝术、计算 这样机器人身上不同层次的无线传感器就 机网络技术、 人上 智能技术 ( I、多 A ) 媒体 可以将采集到的信息如图像、压力、水 技术, 使运政稽查管理信息化、 数字化、 钾 流、浓度等传送到传输网。 能化、系统化、集成化、一体化;为促进 其他典型监控方面的应用还有智能家 道路运输事业的发展,实现货畅其流,人 居、复杂机械监控、建筑物状态监控等。 便于 行,为建立开放、竞争、有序的道路 运输市场,为促进道路运输业的健康发展 5 、结柬语 提供坚强的后盾和坚实的保障。
无线传感器网 络是一种新兴网络,
34 . 移动管理 这个问题实质上就是无线传感器网络 中节点查询问题。对于资源有限的无线传 感器网络, 最简单的资源查询方式— 全 局泛洪法显然不合适,需要研究寻找更有 效的资源查询方法。 35可扩展性 . 在无线传感器网络应用中,网络的 搜盖区域可能不同,节点的个数也在不 同变化,这就要求网络的机制具有很强 的可扩展性,能够动态地适应网络规模 和节点个数的变化,保证网络应用的需
的计算、通信和存储开销,这决定了在 资源受限的传感器上使用数字签名和公钥 证书机制是不可行的问题。
【 韩鸿泉,朱红松 ,孟军,无线传感 划 器网络技术〔 ] J .计算机 系统应 用.
2 0 ,2 05
[} 民,李建中等编著 . 4孙利 无线传感器 网络【]清华大学出 M 版社,北京.05 20 ,
Cn r c, Hge Nt rn , oe o e n Te u, h ld Ot r fe e h a e ea s c b
19 . 98
4 无线传感器网 、 络在监测中的应用
1 生态环境监测 ) 生态环境监测是无线传感器网络应用 的一种典型代表,它能给科学与社会带 来巨大的潜在利益,例如在生命科学领 域中对动植物在野外条件下进行监侧并进 行分析,可以改变对动植物不利的栖息 条件而不影响它们的生活。 传感器接点通过传感器网 络将信息传 送给网关,网关对这些数据做出响应 , 并通过本地传输网络送到远端基站,这 些基站通过互联网将数据传送给数据库服 务器,最后数据通过终端界面传送给科
Kir H M r , “ ils er e ae ad a y s n . c W es I g t re n a d t
Nto Sn r: w w r s m o a ewr e o L P e S t s k s s o o y e n
Ci ,I Er en i S t Cct h" n o a S d e us p up o t l a ii r
[劳森 ( 4 〕 丹麦) 编著 软件需求〔]电 M 子工
[ 万晓榆编著 下一代网络技术与应用[ 5 」 M ] 人民邮电出版社.03 20 [ 樊昌信编著 通信原理 ( 五版) ]国 6 ] 第 [. M
58 9 :9 0
14立锋. 5 1 无线传感器网 络技术[. 信快 [ 电 J ]
报 .054 20 ,
圈郎为民, 杨宗凯, 吴世忠, 谭运猛, 无线 传感器网络安全研究[. J 计算机科学 ]
2 0 ,5 05 作者简介
许强 男 计算机科学与技术 17 .11 90 1 .1
湖南衡阳广播电视大学 主要从事网络技术研 究
求 。
由 于具有筱盖区城 广阔、 监测高精度、
可远程监控、可快速部署、可自 组织和
高容 性等 错 特点, 现在已 广 应用 经 泛 于
军事侦查、环境监测、空间探索、危险 区域远程控制等诸多领域.随着社会对
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无 传 器 络 来 多 , , 有一 线 感 网越 越 的 视 会 很多技术方案为无线传感器网络提供各种
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