A. 无线传感器网络的特点与应用
无线传感器网络是一种新型的传感器网络,其主要是由大量的传感器节点组成,利用无线网络组成一个自动配置的网络系统,并将感知和收集到的信息发给管理部门。目前无线传感器网络在军事、生态环境、医疗和家居方面都有一定应用,未来无线传感器网络的发展前景将是不可估量的。
一、无线传感器网络的特点
(一)节点数量多
在监测区通常都会安置许多传感器节点,并通过分布式处理信息,这样就能够提高监测的准确性,有效获取更加精确的信息,并降低对节点传感器的精度要求。此外,由于节点数量多,因此存在许多冗余节点,这样就能使系统的容错能力较强,并且节点数量多还能够覆盖到更广阔的监测区域,有效减少监测盲区。
(二)动态拓扑
无线传感器网络属于动态网络,其节点并非固定的。当某个节电出现故障或是耗尽电池后,将会退出网络,此外,还可能由于需要而被转移添加到其他的网络当中。
(三)自组织网络
无线传感器的节点位置并不能进行精确预先设定。节点之间的相互位置也无法预知,例如通过使用飞机播散节点或随意放置在无人或危险的区域内。在这种情况下,就要求传感器节点自身能够具有一定的组织能力,能够自动进行相关管理和配置。
(四)多跳路由
无线传感网络中,节点之间的距离通常都在几十到几百米,因此节点只能与其相邻的节点进行直接通信。如果需要与范围外的节点进行通信,就需要经过中间节点进行路由。无线传感网络中的多跳路由并不是专门的路由设备,所有传输工作都是由普通的节点完成的。
(五)以数据为中心
无线传感网络中的节点均利用编号标识。由于节点是随机分布的,因此节点的编号和位置之间并没有联系。用户在查询事件时,只需要将事件报告给网络,并不需要告知节点编号。因此这是一种以数据为中心进行查询、传输的方式。
(六)电源能力局限性
通常都是用电池对节点进行供电,而每个节点的能源都是有限的,因此一旦电池的能量消耗完,就是造成节点无法再进行正常工作。
二、无线传感器网络的应用
(一)环境监测应用
无线传感器可以用于进行气象研究、检测洪水和火灾等,在生态环境监测中具有明显优势。随着我国市场经济的不断发展,生态环境污染问题也越来越严重。我国是一个幅员辽阔、资源丰富的农业大国,因此在进行农业生产时利用无线传感器进行对生产环境变化进行监测能够为农业生产带来许多好处,这对我国市场经济的'不断发展有着重要意义。
(二)医疗护理应用
无线传感器网络通过使用互联网络将收集到的信息传送到接受端口,例如一些病人身上会有一些用于监测心率、血压等的传感器节点,这样医生就可以随时了解病人的病情,一旦病人出现问题就能够及时进行临时处理和救治。在医疗领域内传感器已经有了一些成功案例,例如芬兰的技术人员设计出了一种可以穿在身上的无线传感器系统,还有SSIM(Smart Sensors and Integrated Microsystems)等。
(三)智能家居建筑应用
文物保护单位的一个重要工作就是要对具有意义的古老建筑实行保护措施。利用无线传感器网络的节点对古老建筑内的温度是、湿度、关照等进行监测,这样就能够对建筑物进行长期有效的监控。对于一些珍贵文物的保存,对保护地的位置、温度和湿度等提前进行检测,可以提高展览品或文物的保存品质。例如,英国一个博物馆基于无线传感器网络设计了一个警报系统,利用放在温度底部的节点检测灯光、振动等信息,以此来保障文物的安全[5]。
目前我国基础建设处在高速发展期,建设单位对各种建设工程的安全施工监测越来越关注。利用无线传感器网络使建筑能够检测到自身状况并将检测数据发送给管理部门,这样管理部门就能够及时掌握建筑状况并根据优先等级来处理建筑修复工作。
另外,在家具或家电汇中设置无线传感器节点,利用无线网络与互联网络,将家居环境打造成一个更加舒适方便的空间,为人们提供更加人性化和智能化的生活环境。通过实时监测屋内温度、湿度、光照等,对房间内的细微变化进行监测和感知,进而对空调、门窗等进行智能控制,这样就能够为人们提供一个更加舒适的生活环境。
(四)军事应用
无线传感器网络具有低能耗、小体积、高抗毁等特性,且其具有高隐蔽性和高度的自组织能力,这为军事侦察提供有效手段。美国在20世纪90年代就开始在军事研究中应用无线传感器网络。无线传感器网络在恶劣的战场内能够实时监控区域内敌军的装备,并对战场上的状况进行监控,对攻击目标进行定位并能够检测生化武器。
目前无线传感器网络在全球许多国家的军事、研究、工业部门都得到了广泛的关注,尤其受到美国国防部和军事部门的重视,美国基于C4ISR又提出了C4KISR的计划,对战场情报的感知和信息综合能力又提出新的要求,并开设了如NSOF系统等的一系列军事无线传感器网络研究。
总之,随着无线传感器网络的研究不断深入和扩展,人们对无线传感器的认识也越来越清晰,然而目前无线传感器网络的在技术上还存在一定问题需要解决,例如存储能力、传输能力、覆盖率等。尽管无线传感器网络还有许多技术问题待解决使得现在无法广泛推广和运用,但相信其未来发展前景不可估量。
B. 请问谁知道无线传感器网络有哪些用途,谢谢!
无线传感器网络的主要用途 :
1.环境监测
随着人们对于环境问题的关注程度越来越高,需要采集的环境数据也越来越多,无线传感器网络的出现为随机性的研究数据获取提供了便利,并且还可以避免传统数据收集方式给环境带来的侵入式破坏。比如,英特尔研究实验室研究人员曾经将32个小型传感器连进互联网,以读出缅因州"大鸭岛"上的气候,用来评价一种海燕巢的条件。无线传感器网络还可以跟踪候鸟和昆虫的迁移,研究环境变化对农作物的影响,监测海洋、大气和土壤的成分等。此外,它也可以应用在精细农业中,来监测农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等。
2.医疗护理
罗彻斯特大学的科学家使用无线传感器创建了一个智能医疗房间,使用微尘来测量居住者的重要征兆(血压、脉搏和呼吸)、睡觉姿势以及每天24小时的活动状况。英特尔也推出了基于WSN的家庭护理技术。该技术是做为探讨应对老龄化社会的技术项目Center for Aging Services Technologies(CAST)的一个环节开发的。该系统通过在鞋、家具以家用电器等家中道具和设备中嵌入半导体传感器,帮助老龄人士、阿尔茨海默氏病患者以及残障人士的家庭生活。利用无线通信将各传感器联网可高效传递必要的信息从而方便接受护理。而且还可以减轻护理人员的负担。英特尔主管预防性健康保险研究的董事Eric Dishman称,"在开发家庭用护理技术方面,无线传感器网络是非常有前途的领域"。
3.军事领域
由于无线传感器网络具有密集型、随机分布的特点,使其非常适合应用于恶劣的战场环境中,使其非常适合应用于恶劣的战场环境中,包括侦察敌情、监控兵力、装备和物资,判断生物化学攻击等多方面用途。美国国防部远景计划研究局已投资几千万美元,帮助大学进行"智能尘埃"传感器技术的研发。哈伯研究公司总裁阿尔门丁格预测:智能尘埃式传感器及有关的技术销售将从2004年的1000万美元增加到2010年的几十亿美元。
目标跟踪
DARPA支持的Sensor IT项目探索如何将WSN技术应用于军事领域,实现所谓“超视距”战场监测。UCB的教授主持的Sensor Web是Sensor IT的一个子项目。原理性地验证了应用WSN进行战场目标跟踪的技术可行性,翼下携带WSN节点的无人机(UAV)飞到目标区域后抛下节点,最终随机布撤落在被监测区域,利用安装在节点上的地震波传感器可以探测到外部日标,如坦克、装甲车等,并根据信号的强弱估算距离,综合多个节点的观测数据,最终定位目标,并绘制出其移动的轨迹。虽然该演示系统在精度等方面还远达不到装备部队用于实战的要求,这种战场侦察模式尚未应用于实战,但随着美国国防部将其武器系统研制的主要技术目标从精确制导转向目标感知与定位,相信WSN提供的这种新颖的战场侦察模式会受到军方的关注。
4.其他用途
WSN还被应用于一些危险的工业环境如井矿、核电厂等,工作人员可以通过它来实施安全监测。也可以用在交通领域作为车辆监控的有力工具。此外和还可以在工业自动化生产线等诸多领域,英特尔正在对工厂中的一个无线网络进行测试,该网络由40台机器上的210个传感器组成,这样组成的监控系统将可以大大改善工厂的运作条件。它可以大幅降低检查设备的成本,同时由于可以提前发现问题,因此将能够缩短停机时间,提高效率,并延长设备的使用时间。尽管无线传感器技术仍处于初步应用阶段,但已经展示出了非凡的应用价值,相信随着相关技术的发展和推进,一定会得到更大的应用。
C. 无线传感器网络上的安全问题几解决方案
无线传感器网络WSN(WirelessSensorNetwork)是一种自组织网络,通过大量低成本、资源受限的传感节点设备协同工作实现某一特定任务。
它是信息感知和采集技术的一场革命,是21世纪最重要的技术之一。它在气候监测,周边环境中的温度、灯光、湿度等情况的探测,大气污染程度的监测,建筑的结构完整性监控,家庭环境的异常情况,机场或体育馆的化学、生物威胁的检测与预报等方面,WSN将会是一个经济的替代方案,有着广泛的应用前景。
传感器网络为在复杂的环境中部署大规模的网络,进行实时数据采集与处理带来了希望。但同时WSN通常部署在无人维护、不可控制的环境中,除了具有一般无线网络所面临的信息泄露、信息篡改、重放攻击、拒绝服务等多种威胁外,WSN还面临传感节点容易被攻击者物理操纵,并获取存储在传感节点中的所有信息,从而控制部分网络的威胁。用户不可能接受并部署一个没有解决好安全和隐私问题的传感网络,因此在进行WSN协议和软件设计时,必须充分考虑WSN可能面临的安全问题,并把安全机制集成到系统设计中去。只有这样,才能促进传感网络的广泛应用,否则,传感网络只能部署在有限、受控的环境中,这和传感网络的最终目标——实现普遍性计算并成为人们生活中的一种重要方式是相违背的。
一种好的安全机制设计是建立在胡空对其所面临的威胁、网络特点等的深刻分析基础之上的,传感网络也不例外,本文将深入分析无线传感器网络特点以及其所可能面临的安全威胁,并对其相应的安全对策进行了研究和探讨。
2.传感器网络特点分析
WSN是一种大规模的分布式网络,常部署于无人维护、条件恶劣的环境当中,且大多数情况下传感节点都是一次性使用,从而决定了传感节点是价格低廉、资源极度受限的无线通信设备[2],它的特点主要体现在以下几个方面:(1)能量有限:能量是限制传感节点能力、寿命的最主要的约束性条件,现有的传感节点都是通过标准的AAA或AA电池进行供电,并且不能重新充电。(2)计算能力有限:传感节点CPU一般只具有8bit、4MHz~8MHz的处理能力。(3)存储能力有限:传感节点一般包括三种形式的存储器即RAM、程序存储器、工作存储器。RAM用于存放工作时的临时数据,一般不超过2k字节;程序存储器誉渗用于存储操作系统、应用程序以及安全函数等,工作存储器用于存放获取的传感信息,这两种存储器一般也只有几十k字节。(4)通信范围有限:为了节约信号传输时的能量消耗,传感节点的RF模块的传输能量一般为10mW到100mW之间,传输的范围也局限于100米到1公里之内。(5)防篡改性:传感节点是一种价格低廉、结构松散、开放的网络设备,攻击者一旦获取传感节点就很容易获得和修改存储在传感节点中的密钥信息以及程序代码等。
另外,大多数传感器网络在进行部署前,其网络拓扑是无法预知的,同时部署后,整个网络拓扑、传感节点在网络中的角色也是经常变化的,因而不像有线网、大部分无线网络那样对网络设备进行完全配置,对传感节点进行预配置的范围是有限的,很多网络参数、密钥等都是传感节点在部署后进行协商后形成的。
根据以上无线传感器特点分析可知,无线传感器网络易于遭受传感节点的物理操纵、传感信息的窃听、拒绝服务攻击、私有信息的泄露等多种威胁和攻击。下面将根据WSN的特点,对WSN所面临的潜在安全威胁进行分类描述与对策探讨。
3.威胁分析与对策
3.1传感节点的物理操纵
未来的传感器网络一般有成百上千个传感节点,很难对每个节点进行监控和保护,因而每个节点都是一个潜在的攻击点,都能被攻击者进行物理和逻辑攻击。另外,传感器通常部署在无人维护的环境当中,这更加方便了攻击者捕获传裤虚瞎感节点。当捕获了传感节点后,攻击者就可以通过编程接口(JTAG接口),修改或获取传感节点中的信息或代码,根据文献[3]分析,攻击者可利用简单的工具(计算机、UISP自由软件)在不到一分钟的时间内就可以把EEPROM、Flash和SRAM中的所有信息传输到计算机中,通过汇编软件,可很方便地把获取的信息转换成汇编文件格式,从而分析出传感节点所存储的程序代码、路由协议及密钥等机密信息,同时还可以修改程序代码,并加载到传感节点中。
很显然,目前通用的传感节点具有很大的安全漏洞,攻击者通过此漏洞,可方便地获取传感节点中的机密信息、修改传感节点中的程序代码,如使得传感节点具有多个身份ID,从而以多个身份在传感器网络中进行通信,另外,攻击还可以通过获取存储在传感节点中的密钥、代码等信息进行,从而伪造或伪装成合法节点加入到传感网络中。一旦控制了传感器网络中的一部分节点后,攻击者就可以发动很多种攻击,如监听传感器网络中传输的信息,向传感器网络中发布假的路由信息或传送假的传感信息、进行拒绝服务攻击等。
对策:由于传感节点容易被物理操纵是传感器网络不可回避的安全问题,必须通过其它的技术方案来提高传感器网络的安全性能。如在通信前进行节点与节点的身份认证;设计新的密钥协商方案,使得即使有一小部分节点被操纵后,攻击者也不能或很难从获取的节点信息推导出其它节点的密钥信息等。另外,还可以通过对传感节点软件的合法性进行认证等措施来提高节点本身的安全性能。
D. 无线传感器网络和嵌入式系统开发这两个研究方向,哪一个更有前途
进入二十一世纪以来,高新技术的发展日新月异,多学科交叉领域成为当前研究的热点。MEMS、无线通信、嵌入式系统和传感器技术的发展和融合,推动了具有现代意义的无线传感器网络的产生和发展。无线传感器网络是由分布于一定的监控区域内,用于监测特定环境信息的无线传感器网络节点组成的。作为通信,自动化以及计算机领域的一门新技术,无线传感器网络已经在军事国防、城市管理、环境检测、危险区域的远程控制等领域得到了广泛的研究与应用。 为了实现对无线传感器网络定位、组网、路由和能量管理等技术的深入研究,采用嵌入式系统技术设计一种无线传感器网络是十分必要并且可行的。 本文给出了嵌入式无线传感器网络节点的软硬件设计方案。在综合考虑节点性能、功耗、成本等基础上,采用当前流行的ARM系列微处理器芯片AT91SAM7S256,结合射频芯片CC2420、GPRS模块MC39i、温度传感器TMP05和加速度传感器ADXL202实现无线传感器网络节点的硬件设计。采用嵌入式实时操作系统FreeRTOS,TCP/IP协议栈和ZigBee组网协议栈构建节点软件开发平台,设计各个功能模块的驱动和应用程序,实现了节点间的通信、利用GPRS模块进行数据的传输和传感器信号的采集等功能。采用VB.NET设计了数据中心软件用于接收远程无线传感器网络的信息。本文详细地阐述了嵌入式无线传感器网络的总体方案设计、主要功能模块的硬件和软件设计过程。 论文最后对嵌入式无线传感器网络节点各功能模块进行了测试,验证了节点及整个无线传感器网络的性能。本文给出的嵌入式无线传感器网络具有性能高、功耗可控、可升级性等特点,可为无线传感器网络相关技术的深入研究提供平台,为多个领域的应用开发提供参考。
E. 什么是无线传感技术
早在上世纪70年代,就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感网络雏形,我们把它归之为第一代传感器网络。随着相关学科的不断发展和进步,传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力,并通过与传感控制的相联,组成了有信息综合和处理能力的传感器网络,这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始,现场总线技术开始应用于传感器网络,人们用其组建智能化传感器网络,大量多功能传感器被运用,并使用无线技术连接,无线传感器网络逐渐形成。
无线传感器网络是新一代的传感器网络,具有非常上世纪70年代,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。
无线传感器网络可以看成是由数据获取网络、数据颁布网络和控制管理中心三部分组成的。其主要组成部分是集成有传感器、处理单元和通信模块的节点,各节点通过协议自组成一个分布式网络,再将采集来的数据通过优化后经无线电波传输给信息处理中心。
F. 无线传感网络的发展
这个问题的范围有点大。
简而言之,无线传感器网络(wireless sensor network,wsn)作为物联网(internet of thing,IOT)的重要组成部分,目前在智能家居、精准农业、林业监测、军事、智能建筑、智能交通等领域都在逐渐展开应用。能被传感器sensor感知的物理参量(温度、湿度、震动、加速度、二氧化碳浓度...),包括video、image、audio等多媒体数据,通过wsn节点的自组网,远程采集、传输至监控端。
目前制约wsn普及的因素主要有:能耗(通常wsn节点较小,2节电池供电)、传输范围(射频芯片cc2430,我们做实验,在150m左右,信号已经很差),还有最重要的,硬件成本。
wsn特别适合:无人监守、不适合人去的地方(如山体滑坡监测等、煤矿瓦斯浓度监测...等)
以上文字原创。只是简要回答你的问题,因为问题范围有点大。
G. 无线传感器国内外研究现状请高人指点,谢谢
更小、更廉价的低功耗计算设备代表的“后 PC 时代”冲破了传统台式计算机和高性能服务器的设计模式;普遍的网络化带来的计算处理能力是难以估量的;微机电系统(micro-electro-mechanism system,简称 MEMS)的迅速发展奠定了设计和实现片上系统(system on chip,简称 SOC)的基础.以上 3 方面的高度集成又孕育出了许多新的信息获取和处理模式,传感器网络就是其中一例.随机分布的集成有传感器、 数据处理单元和通信模块的微小节点通过自组织的方式构成网络,借助于节点中内置的形式多样的传感器测量所在周边环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波信号,从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等众多我们感兴趣的物质现象.在通信方式上,虽然可以采用有线、无线、红外和光等多种形式,但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,为明确起见,一般称作无线传感器网络.但也不绝对,Berkeley 的 Smart Dust因为可以像尘埃一样悬浮在空中,有效地避免了障碍物的遮挡,因此采用光作为通信介质. 无线传感器网络与传统的无线网络(如 WLAN 和蜂窝移动电话网络)有着不同的设计目标,后者在高度移动的环境中通过优化路由和资源管理策略最大化带宽的利用率,同时为用户提供一定的服务质量保证.在无线传感器网络中,除了少数节点需要移动以外,大部分节点都是静止的.因为它们通常运行在人无法接近的恶劣甚至危险的远程环境中,能源无法替代,设计有效的策略延长网络的生命周期成为无线传感器网络的核心问题.当然,从理论上讲,太阳能电池能持久地补给能源,但工程实践中生产这种微型化的电池还有相当的难度.在无线传感器网络的研究初期,人们一度认为成熟的Internet技术加上Ad-hoc路由机制对传感器网络的设计是足够充分的,但深入的研究表明:传感器网络有着与传统网络明显不同的技术要求.前者以数据为中心,后者以传输数据为目的.为了适应广泛的应用程序,传统网络的设计遵循着“端到端”的边缘论思想,强调将一切与功能相关
的处理都放在网络的端系统上,中间节点仅仅负责数据分组的转发,对于传感器网络,这未必是一种合理的选择.一些为自组织的 Ad-hoc 网络设计的协议和算法未必适合传感器网络的特点和应用的要求.节点标识(如地址等)的作用在传感器网络中就显得不是十分重要,因为应用程序不怎么关心单节点上的信息;中间节点上与具体应用相关的数据处理、融合和缓存也显得很有必要.在密集性的传感器网络中,相邻节点间的距离非常短,低功耗的多跳通信模式节省功耗,同时增加了通信的隐蔽性,也避免了长距离的无线通信易受外界噪声干扰的影响.这些独特的要求和制约因素为传感器网络的研究提出了新的技术问题.
这是引用软件学报《无线传感器网络》的一段话。
国内做的好的无线传感器网络/物联网:中科院、国防科大、哈工大、西北工业大学等等
国外相当好的:UC Berkeley、mit 、 贝尔实验室、韩国诸多院校、香港科技大学(这个大家都是这么归类的,不是我卖国)等。
提问者可以上中国知网搜EI源刊看一看国内研究现状
再上google学术搜索wsn,如果有条件就直接去sci的搜索平台搜一下研究现状。