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無線感測網路前景

發布時間:2023-08-23 18:08:46

A. 無線感測器網路的特點與應用

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。

B. 請問誰知道無線感測器網路有哪些用途,謝謝!

無線感測器網路的主要用途 :

1.環境監測
隨著人們對於環境問題的關注程度越來越高,需要採集的環境數據也越來越多,無線感測器網路的出現為隨機性的研究數據獲取提供了便利,並且還可以避免傳統數據收集方式給環境帶來的侵入式破壞。比如,英特爾研究實驗室研究人員曾經將32個小型感測器連進互聯網,以讀出緬因州"大鴨島"上的氣候,用來評價一種海燕巢的條件。無線感測器網路還可以跟蹤候鳥和昆蟲的遷移,研究環境變化對農作物的影響,監測海洋、大氣和土壤的成分等。此外,它也可以應用在精細農業中,來監測農作物中的害蟲、土壤的酸鹼度和施肥狀況等。
2.醫療護理
羅徹斯特大學的科學家使用無線感測器創建了一個智能醫療房間,使用微塵來測量居住者的重要徵兆(血壓、脈搏和呼吸)、睡覺姿勢以及每天24小時的活動狀況。英特爾也推出了基於WSN的家庭護理技術。該技術是做為探討應對老齡化社會的技術項目Center for Aging Services Technologies(CAST)的一個環節開發的。該系統通過在鞋、傢具以家用電器等家中道具和設備中嵌入半導體感測器,幫助老齡人士、阿爾茨海默氏病患者以及殘障人士的家庭生活。利用無線通信將各感測器聯網可高效傳遞必要的信息從而方便接受護理。而且還可以減輕護理人員的負擔。英特爾主管預防性健康保險研究的董事Eric Dishman稱,"在開發家庭用護理技術方面,無線感測器網路是非常有前途的領域"。
3.軍事領域
由於無線感測器網路具有密集型、隨機分布的特點,使其非常適合應用於惡劣的戰場環境中,使其非常適合應用於惡劣的戰場環境中,包括偵察敵情、監控兵力、裝備和物資,判斷生物化學攻擊等多方面用途。美國國防部遠景計劃研究局已投資幾千萬美元,幫助大學進行"智能塵埃"感測器技術的研發。哈伯研究公司總裁阿爾門丁格預測:智能塵埃式感測器及有關的技術銷售將從2004年的1000萬美元增加到2010年的幾十億美元。
目標跟蹤
DARPA支持的Sensor IT項目探索如何將WSN技術應用於軍事領域,實現所謂「超視距」戰場監測。UCB的教授主持的Sensor Web是Sensor IT的一個子項目。原理性地驗證了應用WSN進行戰場目標跟蹤的技術可行性,翼下攜帶WSN節點的無人機(UAV)飛到目標區域後拋下節點,最終隨機布撤落在被監測區域,利用安裝在節點上的地震波感測器可以探測到外部日標,如坦克、裝甲車等,並根據信號的強弱估算距離,綜合多個節點的觀測數據,最終定位目標,並繪制出其移動的軌跡。雖然該演示系統在精度等方面還遠達不到裝備部隊用於實戰的要求,這種戰場偵察模式尚未應用於實戰,但隨著美國國防部將其武器系統研製的主要技術目標從精確制導轉向目標感知與定位,相信WSN提供的這種新穎的戰場偵察模式會受到軍方的關注。
4.其他用途
WSN還被應用於一些危險的工業環境如井礦、核電廠等,工作人員可以通過它來實施安全監測。也可以用在交通領域作為車輛監控的有力工具。此外和還可以在工業自動化生產線等諸多領域,英特爾正在對工廠中的一個無線網路進行測試,該網路由40台機器上的210個感測器組成,這樣組成的監控系統將可以大大改善工廠的運作條件。它可以大幅降低檢查設備的成本,同時由於可以提前發現問題,因此將能夠縮短停機時間,提高效率,並延長設備的使用時間。盡管無線感測器技術仍處於初步應用階段,但已經展示出了非凡的應用價值,相信隨著相關技術的發展和推進,一定會得到更大的應用。

C. 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。

D. 無線感測器網路和嵌入式系統開發這兩個研究方向,哪一個更有前途

進入二十一世紀以來,高新技術的發展日新月異,多學科交叉領域成為當前研究的熱點。MEMS、無線通信、嵌入式系統和感測器技術的發展和融合,推動了具有現代意義的無線感測器網路的產生和發展。無線感測器網路是由分布於一定的監控區域內,用於監測特定環境信息的無線感測器網路節點組成的。作為通信,自動化以及計算機領域的一門新技術,無線感測器網路已經在軍事國防、城市管理、環境檢測、危險區域的遠程式控制制等領域得到了廣泛的研究與應用。 為了實現對無線感測器網路定位、組網、路由和能量管理等技術的深入研究,採用嵌入式系統技術設計一種無線感測器網路是十分必要並且可行的。 本文給出了嵌入式無線感測器網路節點的軟硬體設計方案。在綜合考慮節點性能、功耗、成本等基礎上,採用當前流行的ARM系列微處理器晶元AT91SAM7S256,結合射頻晶元CC2420、GPRS模塊MC39i、溫度感測器TMP05和加速度感測器ADXL202實現無線感測器網路節點的硬體設計。採用嵌入式實時操作系統FreeRTOS,TCP/IP協議棧和ZigBee組網協議棧構建節點軟體開發平台,設計各個功能模塊的驅動和應用程序,實現了節點間的通信、利用GPRS模塊進行數據的傳輸和感測器信號的採集等功能。採用VB.NET設計了數據中心軟體用於接收遠程無線感測器網路的信息。本文詳細地闡述了嵌入式無線感測器網路的總體方案設計、主要功能模塊的硬體和軟體設計過程。 論文最後對嵌入式無線感測器網路節點各功能模塊進行了測試,驗證了節點及整個無線感測器網路的性能。本文給出的嵌入式無線感測器網路具有性能高、功耗可控、可升級性等特點,可為無線感測器網路相關技術的深入研究提供平台,為多個領域的應用開發提供參考。

E. 什麼是無線感測技術

早在上世紀70年代,就出現了將傳統感測器採用點對點傳輸、連接感測控制器而構成感測網路雛形,我們把它歸之為第一代感測器網路。隨著相關學科的不斷發展和進步,感測器網路同時還具有了獲取多種信息信號的綜合處理能力,並通過與感測控制的相聯,組成了有信息綜合和處理能力的感測器網路,這是第二代感測器網路。而從上世紀末開始,現場匯流排技術開始應用於感測器網路,人們用其組建智能化感測器網路,大量多功能感測器被運用,並使用無線技術連接,無線感測器網路逐漸形成。

無線感測器網路是新一代的感測器網路,具有非常上世紀70年代,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。

無線感測器網路可以看成是由數據獲取網路、數據頒布網路和控制管理中心三部分組成的。其主要組成部分是集成有感測器、處理單元和通信模塊的節點,各節點通過協議自組成一個分布式網路,再將採集來的數據通過優化後經無線電波傳輸給信息處理中心。

F. 無線感測網路的發展

這個問題的范圍有點大。
簡而言之,無線感測器網路(wireless sensor network,wsn)作為物聯網(internet of thing,IOT)的重要組成部分,目前在智能家居、精準農業、林業監測、軍事、智能建築、智能交通等領域都在逐漸展開應用。能被感測器sensor感知的物理參量(溫度、濕度、震動、加速度、二氧化碳濃度...),包括video、image、audio等多媒體數據,通過wsn節點的自組網,遠程採集、傳輸至監控端。

目前制約wsn普及的因素主要有:能耗(通常wsn節點較小,2節電池供電)、傳輸范圍(射頻晶元cc2430,我們做實驗,在150m左右,信號已經很差),還有最重要的,硬體成本。

wsn特別適合:無人監守、不適合人去的地方(如山體滑坡監測等、煤礦瓦斯濃度監測...等)

以上文字原創。只是簡要回答你的問題,因為問題范圍有點大。

G. 無線感測器國內外研究現狀請高人指點,謝謝

更小、更廉價的低功耗計算設備代表的「後 PC 時代」沖破了傳統台式計算機和高性能伺服器的設計模式;普遍的網路化帶來的計算處理能力是難以估量的;微機電系統(micro-electro-mechanism system,簡稱 MEMS)的迅速發展奠定了設計和實現片上系統(system on chip,簡稱 SOC)的基礎.以上 3 方面的高度集成又孕育出了許多新的信息獲取和處理模式,感測器網路就是其中一例.隨機分布的集成有感測器、 數據處理單元和通信模塊的微小節點通過自組織的方式構成網路,藉助於節點中內置的形式多樣的感測器測量所在周邊環境中的熱、紅外、聲納、雷達和地震波信號,從而探測包括溫度、濕度、雜訊、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等眾多我們感興趣的物質現象.在通信方式上,雖然可以採用有線、無線、紅外和光等多種形式,但一般認為短距離的無線低功率通信技術最適合感測器網路使用,為明確起見,一般稱作無線感測器網路.但也不絕對,Berkeley 的 Smart Dust因為可以像塵埃一樣懸浮在空中,有效地避免了障礙物的遮擋,因此採用光作為通信介質. 無線感測器網路與傳統的無線網路(如 WLAN 和蜂窩行動電話網路)有著不同的設計目標,後者在高度移動的環境中通過優化路由和資源管理策略最大化帶寬的利用率,同時為用戶提供一定的服務質量保證.在無線感測器網路中,除了少數節點需要移動以外,大部分節點都是靜止的.因為它們通常運行在人無法接近的惡劣甚至危險的遠程環境中,能源無法替代,設計有效的策略延長網路的生命周期成為無線感測器網路的核心問題.當然,從理論上講,太陽能電池能持久地補給能源,但工程實踐中生產這種微型化的電池還有相當的難度.在無線感測器網路的研究初期,人們一度認為成熟的Internet技術加上Ad-hoc路由機制對感測器網路的設計是足夠充分的,但深入的研究表明:感測器網路有著與傳統網路明顯不同的技術要求.前者以數據為中心,後者以傳輸數據為目的.為了適應廣泛的應用程序,傳統網路的設計遵循著「端到端」的邊緣論思想,強調將一切與功能相關
的處理都放在網路的端系統上,中間節點僅僅負責數據分組的轉發,對於感測器網路,這未必是一種合理的選擇.一些為自組織的 Ad-hoc 網路設計的協議和演算法未必適合感測器網路的特點和應用的要求.節點標識(如地址等)的作用在感測器網路中就顯得不是十分重要,因為應用程序不怎麼關心單節點上的信息;中間節點上與具體應用相關的數據處理、融合和緩存也顯得很有必要.在密集性的感測器網路中,相鄰節點間的距離非常短,低功耗的多跳通信模式節省功耗,同時增加了通信的隱蔽性,也避免了長距離的無線通信易受外界雜訊干擾的影響.這些獨特的要求和制約因素為感測器網路的研究提出了新的技術問題.

這是引用軟體學報《無線感測器網路》的一段話。
國內做的好的無線感測器網路/物聯網:中科院、國防科大、哈工大、西北工業大學等等
國外相當好的:UC Berkeley、mit 、 貝爾實驗室、韓國諸多院校、香港科技大學(這個大家都是這么歸類的,不是我賣國)等。
提問者可以上中國知網搜EI源刊看一看國內研究現狀
再上google學術搜索wsn,如果有條件就直接去sci的搜索平台搜一下研究現狀。

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