传感器网络技术论文
传感器网络技术论文
传感器被越来越多地布置到实际的网络环境中，用于实现某些应用。无线传感器网络已经成为了科学研究领域最前沿的课题之一，这是学习啦小编为大家整理的传感器网络技术论文，仅供参考!
传感器网络技术论文篇一
无线传感器网络技术
【摘要】 传感器被越来越多地布置到实际的网络环境中，用于实现某些应用。无线传感器网络已经成为了科学研究领域最前沿的课题之一，引起了工业界和学术界众多研究者的关注。通过总结相关方面的工作，综述在不同领域中无线传感器网络的实际应用，并对具体应用的一些重要特性进行分析，在此基础上提出若干值得继续研究的方面。
【关键词】 无线传感器 网络应用
随着近距离、低功耗无线通信技术的发展，无线传感器网络(WirelessSensorNetwork，WSN)应运而生。WSN是由具有感知、计算和通信能力的微型传感器以Adhoc方式构成的无线网络，通过大量节点间的分工协作，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数据，并对这些数据进行处理，获得详尽而准确的信息，最终传送到需要这些信息的用户。WSN可广泛应用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾乃至商业和家庭等诸多领域，正受到政府、军队、研究机构、商业界的广泛关注和高度重视，具有十分广阔的应用前景，是目前非常活跃的一个领域。WSN是在移动AdHoc网络的基础上发展起来的，在自组织的组网方式和多跳通信等方面与移动Adhoc网络具有相似性，但WSN在组网方式和具体应用上存在一些新的特点，主要表现为：与Adhoc网络中节点的动态移动相比，WSN的节点位置相对固定，网络拓扑会因节点能量耗尽而发生变化;由于节点体积较小，传感器网络具有许多资源上的限制，比如有限的电池功率和有限的网络通信带宽等;传感器节点间更多的是一种协作而非竞争的关系，为了完成共同目标而相互协作;不同节点采集的数据间具有一定相关性，需要进行数据会聚以减小冗余信息的转发，降低通信负荷;WSN中的应用多为多对一的情形，即存在一个Sink节点来收集数据并与外界通信等等。无线传感器网络是新一代的传感器网络，具有非常广泛的应用前景，其发展和应用，将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。发达国家，非常重视无线传感器网络的研究和发展，如美国国防部和各军事部门都对WSN给予了高度重视，在C4ISR的基础上提出了C4KISR计划，强调战场情报的感知能力、信息的综合能力和信息的利用能力，把WSN作为一个重要研究领域，设立了一系列的军事传感器网络研究项目。美国自然科学基金委员会(NSF)2003年制定了WSN的研究计划，投资3400万美元，支持相关基础理论的研究。在NSF的推动下，美国的加州大学伯克利分校、麻省理工学院、洛克维尔研究中心、加州大学洛杉矶分校等机构开始了WSN的基础理论和关键技术的研究。英国、日本、意大利等国家的一些大学和研究机构也纷纷开展了该领域的研究工作。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。
IEEE正在努力推进无线传感器网络的应用和发展，美国的《技术评论》杂志在论述未来新兴十大技术时，更是将无线传感器网络列为第一项未来新兴技术，《商业周刊》预测的未来四大新技术中，无线传感器网络也列入其中。可以预计，无线传感器网络的广泛是一种必然趋势，它的出现将会给人类社会带来极大的变革。
一、无线传感器网络的组成
一个完整的无线传感器网络的体系结构主要由传感器节点、汇聚节点、用户节点三部
分组成。大量传感器节点被放置在监测区域(云图包围部分)，假定传感器节点A有监测数据要上报到用户节点，则通过自组织路由协议建立A，B，C，D之间的无线链路，D再通过与之连接的汇聚节点将数据经由卫星、互联网或移动通信网等传输网络送达用户节点。由于被监测区域往往不方便建立固定设施及有线链路，因此传感器节点之间的数据传输通常采取无线方式，而汇聚节点与用户节点之间的传输既可采用有线方式，也可采用无线方式。
在无线传感器网络中，传感器节点是整个网络的基础，它们担负着感知数据、处理数据、存储数据及传输数据的功能。
传感器节点主要由传感器、模数转换模块、计算模块、存储模块、通信模块、电源模块几部分组成，并在嵌人式软件系统的支持下完成传感器节点的各项功能。传感器负责各种监测数据的获取，将感知对象转变成电信号。模数转换模块将非数字监测信号转变成数字信号，方便后期处理。计算模块和存储模块主要处理传感器和模数转换送来的监测数据。通信模块将计算模块的处理结果通过无线方式传输到下一个节点。
二、无线传感网的热点研究问题
2.1 安全问题
2.1.1 安全路由
通常，在无线传感器网络中，大量的传感器节点密集分布在一个区域里，消息可能需要经过若干节点才能到达目的地，而且传感器网络具有动态性和多跳结构，要求每个节点都应具有路由功能。由于每个节点都是潜在的路由节点，因此更易受到攻击，使网络不安全。网络层路由协议为整个无线传感器网络提供了关键的路由服务，安全的路由算法会直接影响无线传感器网络的安全性和可用性。安全路由协议一般采用链路层加密和认证、多路径路由、身份认证、双向连接认证和认证广播等机制，有效提高网络抵御外部攻击的能力，增强路由的安全性。
2.1.2 安全协议
在安全保障方面主要有密钥管理和安全组播两种方式。1)密钥管理：无线传感器网络有诸多限制，例如节点能力限制，使其只能使用对称密钥和Hash技术;电源能力限制，应使其在无限传感器网络中尽量减少通信，因为通信的耗电将大于计算的耗电;传感器网络还应考虑汇聚等减少数据冗余的问题。在部署节点前，将密钥预先配置在节点中，通常，预配置的密钥方案通过预存的秘密信息计算会话密钥，由于节点存储和能量的限制，预配置密钥管理方案必须考虑节省存储空间和减少通信开销。2)安全组播：无线传感器网络可能设置在敌对环境中，为了防止供给者向网络注入伪造信息，需要在无线传感器网络中实现基于源端认证的安全组播。
2.2 能量问题
传感器的节点分布众多，并且需要进行监测、数据处理等活动，而无线传感器网络中的节点一般用电池供电，可使用的电量非常有限，并且对于有成千上万节点的无线传感器网络来说，更换电池非常困难，甚至是不可能的，但是却要求无线传感器网络的生存时间长达数月甚至数年，因此，如何在不影响功能的前提下，尽可能节约无线传感器网络的电池能量成为无线传感器网络软硬件设计中的核心问题。现在已有一些解决方法，在大多数网络应用中，由于传感器节点监测事件的偶发性，没有必要让所有单元均工作在正常状态下，可采用休眠模式，能自适应的休眠和唤醒，进行突发工作，节省能量。还可将所有功耗单元有机组合，形成不同状态，让传感器节点能根据需要在不同状态间切换，这样既可以满足系统需要，又节省了能源。还可以动态调节电压以节省能量，根据负载状态动态调节供电电压，形成一个闭环控制系统，节省能量。总之，在满足系统要求的情况下，采用各种方法降低耗电量非常必要。
三、总结
本文总结了当前制约无线传感器网络实际应用的因素及目前的研究热点。无线传感网络最终将成为联系信息世界和客观物理实际的接口，从而人类可以通过传感器网络获得客观物理世界的信息并采取相应措施。
参考文献
[1] 崔莉，鞠海玲，苗勇，李天璞，刘巍，赵泽.无线传感器网络研究进展[J].计算机研究与发展.2005(1)
[2] 任丰原，黄海宁，林闯.无线传感器网络[J].软件学报.2003(7)
传感器网络技术论文篇二
无线传感器网络安全技术
摘要：无线传感器网络作为一种相对较新的网络技术，能在许多方面发挥出自己的独特作用，但因为对技术基础的要求非常高，所以长期以来其应用领域一直被局限在军事上。近些年来，随着技术的进步，这种网络技术的应用领域逐渐拓展，在多个民用领域也得到了一定的普及。文章以无线传感器网络的概念特征和应用特征为基础，分析了该网络在安全技术方面的常见问题，并提出了目前主要的5种安全防护措施，希望有助于相关研究运用的进一步发展。
关键词：无线传感器网络;安全技术;技术应用
无线传感器网络的民用化进程近些年来显著加快，其应用安全问题也越来越为人们所关注。但从现状来看，相关安全技术的实际应用并不理想，以目前对无线传感器网络应用较多的医疗领域为例，网络滞涩现象非常严重，物理损坏率很高，实际运作的可用网络空间与节点往往不足50%，安全问题导致了应用能效的极大下降。因此文章将针对这种特殊网络的常见安全技术问题加以分析并探析其安全技术的发展方向。
1无线传感器网络概述
无线传感器网络是一种以大量的外部传感器作为末梢的分布传感网络，这些传感器可以以无线的方式进行外部通信。由于网络灵活性非常高，而且三次元涵盖面极广，所以被认为在军事上有很大的发展潜力，近些年来更进一步进行了大量的民用应用研究。但民间的技术力毕竟与军方有一定的差距，所以无线传感器网络在民用领域的应用推广面临了一系列的困难，安全技术问题正是其中一例。
2无线传感器网络在安全上的技术问题
2.1安全机制缺失问题
虽然无线传感器网络近些年的民用发展很快，但从总体水平来看仍远不及普通网络，在诸多方面都存在着一定的局限性，比如后文将要说明的节点能量、通信稳定性等。在这种情况下，很难系统性地构建完整的安全防护机制，因此目前的安全措施大多是分散的、阶段性的，只针对无线传感器网络中的个别节点，所以不仅漏洞很多，而且有效性也难以保障，安全隐患扩散的几率相当高。
2.2节点能量限制问题
无线传感器的网络节点通常具有小型化、广域化特征，所以一旦部署完毕，不仅难以更换，而且充电也很困难。可另一方面，无线网络设备中有相当一部分属于高能耗设备，对能量的需求量非常大，这样一来容量小、充电困难的网络节点很难满足长效的能量需求。这种能量限制不仅会阻碍无线传感器网络通讯功能的进一步发展，而且会对安全技术的应用造成一定的负面影响。因为目前常用的安全算法中，有相当一部分会消耗大量的能量，在节点能量的限制下，这些安全算法无法使用，需要研究新的节能型安全算法。
2.3节点组织随机问题
无线传感器网络的构成基础是大量成规模的传感器，这些传感器的布置往往存在很强的自发性，而不是根据系统化、规范化的章程制度加以布置，在这种情况下，节点组织在布置上的随机性无法避免。这种随机性令安全技术在应用上面临很大的困难，因为节点位置随机，所以无法进行先期预知，先期安全防护自然无法实现，导致了节点安全防护的滞后性。
2.4节点物理安全问题
由于节点较小，所以在无线传感器网络中时常会产生被俘节点，这是一种物理安全问题。为了保证网络整体的运作效率，当被俘节点产生时，有必要迅速对其进行检测和拆除，否则被俘节点造成的安全隐患有进一步扩大化的可能。但目前来看，我们仍缺乏第一时间发现和拆除被俘节点的有效手段，而且拆除被俘节点这个行为本身也有可能令安全隐患发生扩散。
2.5通信稳定低下问题
使用无线传感器网络实现的通信属于一种无线通信，所以本身就具有无线通信固有的诸多通信不稳定特征，比如无线信道不稳、节点并发冲突等。此外，这种特殊的网络还具有自身独有的一些通信稳定性问题，例如，由于该类网络中多条路由同时存在，所以延迟性很强，在传输信息时，个别信息被拦截或者泄漏的可能性很高，在这种情况下，网络通信的安全性与稳定性都受到很大的负面影响。
3无线传感器网络在安全上的技术措施
3.1通过密码技术保障网络安全
在无线传感器网络的安全保障措施中，密码技术是较为传统也较为常规的一种。这种技术通过建立密钥来构成网络安全机制，通常情况下代码和数据的长度越长，防护等级越高，但这两项参数的长度增加会导致处理时间延长、能耗增大，进而令无线传感器网络的运作能效降低，所以在实际应用时要注意网络的基础条件，平衡安全防护能力和实际应用性。
3.2通过安全路由保障网络安全
通常情况下，路由只追求效率和能耗两大指标，对安全防护方面的要求比较低，在普通网络中，路由安全问题相对较少，但无线传感器网络由于具有多路由延迟，所以路由安全风险非常高。为此，安全路由技术被作为一种网络安全保障措施引入，具体来说，就是应用多种安全路由协议对多路径下的路由风险进行防范或者危害限制。
3.3通过密钥管理保障网络安全
密钥管理是另一种网络安全保障技术，严格来说，这种安全技术是从属于密码技术的，是对密码技术中所创立的密钥采取的安全管理措施。需要注意的是，虽然普通网络已经有了较为完善的密钥管理技术，但是在网络拓扑严重不稳定的无线传感器网络中，这种传统技术的应用适性很低，所以目前使用的大多是针对无线传感器网络特征开发的特殊密钥管理技术，比如预共享密钥模型等。
3.4通过入侵检测保障网络安全
以密码技术为基础构建的安全防护机制有一定的缺陷，具体来说，虽然可以对外来节点入侵加以识别，但对被捕获节点的入侵识别是做不到的。为此，相关人士研究了入侵监测技术，尝试通过SEF机制来识别网络中的虚假数据，用邻接节点评价机制来识别恶意节点。这两种入侵检测技术可以通过密码以外的技术进行被俘节点的检测，但相对的需要消耗更多的能量，所以在应用上仍待完善。
3.5通过数据融合保障网络安全
无线传感器网络中的数据大多是融合后使用的，但由于聚合数据中有可能存在虚假数据，所以最终融合值的安全性难以保障，在这种情况下我们需要安全融合措施。具体来说，一方面要借助上文所述的入侵检测技术分析和识别恶意节点，另一方面要订立安全评估用的数学框架，以对数据融合过程进行安全评价，规避恶意数据的干扰。
4结语
总体来说，无线传感器网络目前的安全技术研究比较繁杂，各种技术理论和安全应用策略层出不穷，这些安全技术的应用适性和应用条件各有差异，在实际应用时应结合网络的实际情况选择适性最高的技术进行应用发展。需要注意的是，从目前的技术水平来看，无线传感器网络的硬件功能不够完善，这是目前导致各项安全问题与应用能效低下的最根本原因。文章所提出的诸多措施虽然能在现有技术层面上提高无线传感器网络的安全性，但能效依然是比较有限的，只要硬件功能不改善，各项安全隐患就依然存在。因此，尽快针对无线传感器网络的硬件进行优化，开发出高强度、高容量、低能耗的网络元件，才是提高网络安全水平与运作能效的根本性措施。
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