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    無(wú)線傳感器的發(fā)展趨勢(shì)


    向微型化發(fā)展。在當(dāng)代為了適應(yīng)紛繁多變的時(shí)代背景與發(fā)展環(huán)境，各類檢測(cè)控制類設(shè)備的功能也越來(lái)越趨于完善化，但更小的體積意味著更大的可塑空間與發(fā)展未來(lái)，這就要求無(wú)線電檢測(cè)設(shè)備也要向著這一方向不斷的靠攏，從而保證自己的發(fā)展未來(lái)。


    向低耗能及數(shù)字化發(fā)展。無(wú)線傳感器雖然得到很大的歡迎，但是也不能忘記自身模擬信號(hào)單一與耗能較多的弊端，所以只有發(fā)展出更為高效的數(shù)字化信號(hào)，無(wú)線電傳感器的受用面也才會(huì)更為廣泛。因此，開(kāi)發(fā)出低耗能及數(shù)字化的無(wú)線傳感器必然是今后發(fā)展的重點(diǎn)方向。

    無(wú)線傳感器的應(yīng)用


    無(wú)線傳感器在交通系統(tǒng)中的應(yīng)用。無(wú)線傳感器在交通系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用總體而言可以分別從信息采集和道路控制兩個(gè)方面進(jìn)行分析：首先，全新的無(wú)線傳感技術(shù)已經(jīng)結(jié)合了集微電子、通信技術(shù)等一系列信息化技術(shù)，這就使得無(wú)線傳感器在交通系統(tǒng)中的應(yīng)用變得更加多元化。對(duì)于我國(guó)這種發(fā)展中國(guó)家而言，在日漸完善的道路交通系統(tǒng)中，要想保證道路交通的能力，就要最大限度的去完善交通信號(hào)及道路交通管理的能力。當(dāng)無(wú)線傳感器技術(shù)運(yùn)用到道路交通中時(shí)，不但可以對(duì)道路實(shí)際的路況信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集分析，還可以在最短時(shí)間內(nèi)做出及時(shí)的響應(yīng)。其次，通過(guò)傳感器系統(tǒng)的建立，就會(huì)使得整個(gè)城市的運(yùn)轉(zhuǎn)能力得到極大的提升，當(dāng)處在城市中或者較遠(yuǎn)區(qū)域的人們掌握到及時(shí)的道路交通信息，就會(huì)根據(jù)相應(yīng)的路況做出科學(xué)的調(diào)整，這不但會(huì)對(duì)自身同時(shí)也會(huì)對(duì)他人帶來(lái)極大的便利，交通順暢了，整個(gè)城市的運(yùn)輸管理和服務(wù)水平也自然得到了質(zhì)的飛躍。再次，采用先進(jìn)的無(wú)線傳感器技術(shù)還可以對(duì)車輛進(jìn)行違章檢測(cè)、道路收費(fèi)和信息檢索，同時(shí)對(duì)停車場(chǎng)收費(fèi)也可以進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范，當(dāng)?shù)缆方煌ㄖ械耐＼囆畔?shù)據(jù)得到及時(shí)的規(guī)范處理，那對(duì)于一些人為性的交通事故也就可以得到避免。最后，科學(xué)的運(yùn)用無(wú)線傳感器的相關(guān)技術(shù)還可以提高運(yùn)輸部門對(duì)于整個(gè)城市的綜合服務(wù)水平，讓這個(gè)城市的運(yùn)作變得更加科學(xué)，便捷。


    無(wú)線傳感器在軍事上的應(yīng)用。在現(xiàn)代電子化的軍事較量中，無(wú)線電傳感器的作用更是不容小覷，現(xiàn)在較為成功的是在大型范圍內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)的傳感器網(wǎng)絡(luò)與在小型區(qū)域檢測(cè)的小型傳感器網(wǎng)絡(luò)。在面對(duì)一些較為復(fù)雜且人員無(wú)法到達(dá)的地形時(shí)，就可以通過(guò)釋放傳感器來(lái)做到對(duì)此區(qū)域的全面掌控。而在戰(zhàn)斗單位上安裝各類傳感器，可以做到對(duì)敵方戰(zhàn)斗人員的即時(shí)監(jiān)控，來(lái)方便我方戰(zhàn)隊(duì)隨時(shí)制定進(jìn)攻方案與防御工事。無(wú)線傳感器還可以檢測(cè)出戰(zhàn)斗陣地上的一切可疑物體，幫助我方人員及時(shí)做出排查，從而最大限度的減少不必要的損失與傷亡。


    無(wú)線傳感器在家庭生活中的應(yīng)用。無(wú)線傳感器其實(shí)離我們的生活并不遙遠(yuǎn)，在很多的日?；顒?dòng)中傳感器技術(shù)都與我們息息相關(guān)，例如傳感器對(duì)于人們生活環(huán)境的及時(shí)檢測(cè)，不但可以根據(jù)數(shù)據(jù)提供出一個(gè)更為舒適的生活環(huán)境，同時(shí)還可以及時(shí)的對(duì)一些災(zāi)害做出預(yù)警，保障每一個(gè)人的安全。


    無(wú)線傳感器在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。因?yàn)槿粢獙o(wú)線監(jiān)測(cè)器用于外界環(huán)境當(dāng)中，就要考慮到外界環(huán)境的不穩(wěn)定性與隨機(jī)性，這就要求所選取的無(wú)線傳感器要具備價(jià)格低廉、部署簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，從而保證對(duì)于環(huán)境監(jiān)測(cè)的可持續(xù)性。

    加速度傳感器技術(shù)原理


    MEMS換能器（Transducer）可分為傳感器（Sensor）和致動(dòng)器（Actuator）兩類。其中傳感器會(huì)接受外界的傳遞的物理性 輸入，通過(guò)感測(cè)器轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)，再最終轉(zhuǎn)換為可用的信息，如加速度傳感器、陀螺儀、壓力傳感器等。其主要感應(yīng)方式是對(duì)一些微小的物理量的變化進(jìn)行測(cè)量， 如電阻值、電容值、應(yīng)力、形變、位移等，再通過(guò)電壓信號(hào)來(lái)表示這些變化量。致動(dòng)器則接受來(lái)自控制器的電子信號(hào)指令，做出其要求的反應(yīng)動(dòng)作，如光敏開(kāi)關(guān)、MEMS顯示器等。


    目前的加速度傳感器有多種實(shí)現(xiàn)方式，主要可分為壓電式、電容式及熱感應(yīng)式三種，這三種技術(shù)各有其優(yōu)缺點(diǎn)。以電容式3軸加速度計(jì)的技術(shù)原理為例。 電容式加速度計(jì)能夠感測(cè)不同方向的加速度或振動(dòng)等運(yùn)動(dòng)狀況。其主要為利用硅的機(jī)械性質(zhì)設(shè)計(jì)出的可移動(dòng)機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)中主要包括兩組硅梳齒（SILicon Fingers），一組固定，另一組隨即運(yùn)動(dòng)物體移動(dòng)；前者相當(dāng)于固定的電極，后者的功能則是可移動(dòng)電極。當(dāng)可移動(dòng)的梳齒產(chǎn)生了位移，就會(huì)隨之產(chǎn)生與位移成比例電容值的改變。
    無(wú)線傳感器，有哪些分類、優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域？
    無(wú)線傳感器，是一種集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)通訊等功能的無(wú)線數(shù)據(jù)通訊采集器。比較常見(jiàn)常用的無(wú)線傳感器，主要包括XL61無(wú)線氣體傳感器，XL61無(wú)線壓力傳感器，XL61無(wú)線溫度傳感器，XL51無(wú)線溫濕度傳感器，無(wú)線液位傳感器等，可以根據(jù)用戶的需要定制。
    無(wú)線傳感器具有低功耗，無(wú)需布線，低成本，安裝調(diào)試簡(jiǎn)易，維護(hù)方便等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石油化工、農(nóng)業(yè)、電力、醫(yī)療、建筑、環(huán)保、制造業(yè)等領(lǐng)域。具體地，使用在館藏倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、石油化工儲(chǔ)罐環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、重大危險(xiǎn)源環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、石油、供排水、供熱管網(wǎng)管道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電力（用電、配電）監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)制造智能監(jiān)控系統(tǒng)等。
    無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵性問(wèn)題


    1、 網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議問(wèn)題


    傳感器網(wǎng)絡(luò)受到的安全威脅和移動(dòng)ad hoc網(wǎng)絡(luò)所受到的安全威脅不同，所以現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制不適合此領(lǐng)域，需要開(kāi)發(fā)針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的專門協(xié)議。


    一種思想是從維護(hù)路由安全的角度出發(fā)，尋找盡可能安全的路由以保證網(wǎng)絡(luò)的安全。文獻(xiàn)[1]指出，如果路由協(xié)議被破壞導(dǎo)致傳送的消息被篡改，那么對(duì)于應(yīng)用層上的數(shù)據(jù)包來(lái)說(shuō)沒(méi)有任何的安全性可言。文中介紹了一種方法叫“有安全意識(shí)的路由”（SAR），其思想是找出真實(shí)值和節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系，然后利用這些真實(shí)值去生成安全的路由。該方法解決了兩個(gè)問(wèn)題，即如何保證數(shù)據(jù)在安全路徑中傳送和路由協(xié)議中的信息安全性。文中假設(shè)兩個(gè)軍官利用按需距離矢量路由(Ad Hoc On Demand Distance Vector Routing，AODV)協(xié)議通過(guò)ad hoc網(wǎng)絡(luò)來(lái)通信，他們的通信基于Bell-La安全模型（PadulaBell-La Padula Confidentiality Model） [2]，這種模型中，當(dāng)節(jié)點(diǎn)的安全等級(jí)達(dá)不到要求時(shí)，其就會(huì)自動(dòng)的從路由選擇中退出以保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的路由安全。文獻(xiàn)[3]指出，可以通過(guò)多徑路由算法改善系統(tǒng)的穩(wěn)健性（robustness），數(shù)據(jù)包通過(guò)路由選擇算法在多徑路徑中向前傳送，在接收端內(nèi)通過(guò)前向糾錯(cuò)技術(shù)得到重建。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器的數(shù)量眾多并且功能有限，移動(dòng)ad hoc網(wǎng)絡(luò)中的路由方案不能直接應(yīng)用到無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，所以該文給出了一種網(wǎng)狀多徑路由協(xié)議。此協(xié)議中應(yīng)用了選擇性向前傳送數(shù)據(jù)包和端到端的前向糾錯(cuò)解碼技術(shù)，配合適合傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)狀多徑搜索機(jī)制，能減少信號(hào)開(kāi)支（signaling overhead），簡(jiǎn)化節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，增大系統(tǒng)的吞吐量，相對(duì)數(shù)據(jù)包復(fù)制或者有限泛洪法來(lái)說(shuō)，這種方法消耗更少的系統(tǒng)資源(比如信道帶寬和電能)。


    另一種思想是把著重點(diǎn)放在安全協(xié)議方面，在此領(lǐng)域也出現(xiàn)了大量的研究成果。在文獻(xiàn)[4]中，作者假定傳感器網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)是為高級(jí)政要人員提供安全保護(hù)的，提供一個(gè)安全解決方案將為解決這類安全問(wèn)題帶來(lái)一個(gè)普適的模型。在具體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，先假定基站總是正常工作的，并且總是安全的，滿足必要的計(jì)算速度、存儲(chǔ)器容量，基站功率滿足加密和路由的要求；通信模式是點(diǎn)到點(diǎn)，通過(guò)端到端的加密保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?；射頻層總是正常工作。基于以上前提，典型的安全問(wèn)題可以總結(jié)為：


    （1）信息被非法用戶截獲；


    （2）一個(gè)節(jié)點(diǎn)遭破壞；
    （3）識(shí)別偽節(jié)點(diǎn)；
    （4）如何向已有傳感器網(wǎng)絡(luò)添加合法的節(jié)點(diǎn)。


    作者提出的方案不采用任何的路由機(jī)制。在此方案中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)和基站分享一個(gè)唯一的64位密匙Keyj和一個(gè)公共的密匙KeyBS，當(dāng)節(jié)點(diǎn)和基站距離超出了預(yù)定距離時(shí)，網(wǎng)絡(luò)會(huì)在節(jié)點(diǎn)和基站之間選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為媒介節(jié)點(diǎn)進(jìn)行接力；發(fā)送端會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，接收端接收到數(shù)據(jù)后根據(jù)數(shù)據(jù)中的地址選擇相應(yīng)的密匙對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解密。這種雙加密方式可以防止暴露節(jié)點(diǎn)數(shù)目和地址，也可以防止數(shù)據(jù)被非法截獲，即使個(gè)別節(jié)點(diǎn)被破譯，也只有它自己的密匙泄漏，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)仍然可以正常工作。文獻(xiàn)[5]中介紹了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的兩種專用安全協(xié)議：SNEP(Sensor Network Encryption Protocol)和μ;TESLA。SNEP的功能是提供節(jié)點(diǎn)到接收機(jī)之間數(shù)據(jù)的鑒權(quán)、加密、刷新，μ;TESLA的功能是對(duì)廣播數(shù)據(jù)的鑒權(quán)。


    2、 大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性管理


    這個(gè)問(wèn)題實(shí)質(zhì)上就是沒(méi)有無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)查詢問(wèn)題。最簡(jiǎn)單的資源查詢方式是全局泛洪法，但是對(duì)于資源有限的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)不適用，因此在設(shè)計(jì)工作中應(yīng)該盡量避免使用全局泛洪法。擴(kuò)展環(huán)搜索法（expanding ring search）用增加生存時(shí)間（Time-To-Live， TTL）的方式重復(fù)泛洪，這種方式和由此派生出來(lái)的方式也不適合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。在改善泛洪法的效率方面，文獻(xiàn)[6]中提出的方案是通過(guò)減少查詢每個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)的多余消息去減少泛洪法固有的冗余，在沒(méi)有出現(xiàn)明顯的冗余情況下，這種方案對(duì)提高效率沒(méi)有太多貢獻(xiàn)。在ad hoc網(wǎng)絡(luò)中，查詢節(jié)點(diǎn)是通過(guò)基于簇（clusters）和界標(biāo)（landmarks）的層次表來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這種方式需要在節(jié)點(diǎn)之間設(shè)置復(fù)雜的協(xié)調(diào)機(jī)制，當(dāng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)或者簇頭（cluster-head）或界標(biāo)失敗時(shí)，層次表需要重新配置。而且，通常簇頭會(huì)成為一個(gè)瓶頸，所以我們通常避免這種分層次的協(xié)調(diào)表，也避免使用簇頭。


    GLS[7]中提出的技術(shù)是基于一種所有節(jié)點(diǎn)都已知的網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)格圖。節(jié)點(diǎn)使用位置服務(wù)器保存它們的位置，并用一種基于ID號(hào)的算法去更新它們的位置，當(dāng)節(jié)點(diǎn)尋找指定ID號(hào)的節(jié)點(diǎn)位置時(shí)，也用這種算法去服務(wù)器尋找目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置。對(duì)于知道網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)格圖和它們自己的位置并且知道目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)的節(jié)點(diǎn)，這種方法是一個(gè)好方法。


    文獻(xiàn)[8]中介紹了一種針對(duì)大規(guī)模移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的查詢方法，這種方法借用了小世界（small worlds）的概念，利用節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性去提高查詢效率，并引入了關(guān)聯(lián)（contacts）的概念。其工作原理是首先在相鄰節(jié)點(diǎn)間建立關(guān)聯(lián)，當(dāng)它們移動(dòng)時(shí)，再關(guān)聯(lián)新的相鄰節(jié)點(diǎn)，這樣提高了查詢的效率。與傳統(tǒng)的路由查詢方式不同，這種設(shè)計(jì)基本目標(biāo)不是去優(yōu)化路由或者響應(yīng)延時(shí)，而是去減少通信的系統(tǒng)開(kāi)銷，這一點(diǎn)在能量受限的環(huán)境中非常重要，特別是對(duì)于傳感器數(shù)量眾多的網(wǎng)絡(luò)中的一次性查詢(通信的生存時(shí)間很短)。文中給出的協(xié)議是可升級(jí)的（scalable）、自動(dòng)配置的，非常適應(yīng)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性要求。仿真結(jié)果顯示它比邊緣泛洪法提高效率60-70％，比泛洪法提高效率80-90％，比擴(kuò)展環(huán)搜索法則有更大的改善。


    針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的分布式定位，文獻(xiàn)[9]比較了三種定位算法：ad hoc、魯棒定位、N跳多向法（N-hop multilateration）。具體選擇哪種算法要取決于某些網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，比如差錯(cuò)分布和連通性等。


    3、 網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)配置和自動(dòng)康復(fù)和維持系統(tǒng)能量有效性


    無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)被布置在無(wú)人值守的環(huán)境中時(shí)，更換能源幾乎不可能，為了節(jié)約能源，發(fā)射功率要盡可能小，傳輸距離要短，節(jié)點(diǎn)間通信需要中間節(jié)點(diǎn)作為中繼。在地震救災(zāi)或者是無(wú)人飛行器中，網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)配置和自動(dòng)康復(fù)功能顯得異常重要，而大規(guī)模的多跳無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可測(cè)量性（scalability）也是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)可測(cè)量性的一種方法是“分而治之（divide and conquer）”，或者說(shuō)是分層控制（hierarchical），即用某種簇標(biāo)準(zhǔn)將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分成簇組（clusters），在每個(gè)簇中選出一個(gè)作為簇頭（leader），它在比較高的層次上代表本簇；同樣的機(jī)制也應(yīng)用到簇頭中，使之形成一個(gè)層次，這個(gè)層次中，每個(gè)級(jí)別應(yīng)用當(dāng)?shù)乜刂疲╨ocal control）去實(shí)現(xiàn)某個(gè)全局目標(biāo)。大多數(shù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的分類思想認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)與地理位置無(wú)關(guān)，分類的標(biāo)準(zhǔn)是簇里的節(jié)點(diǎn)數(shù)量和簇間的邏輯直徑（相對(duì)于地理直徑而言）。但是，當(dāng)簇頭（cluster leader）和簇內(nèi)其它節(jié)點(diǎn)間的鏈路很長(zhǎng)，相鄰簇間地理位置交迭很大，且不同的簇間路由消息載荷（routing traffic load）不平衡時(shí)，一個(gè)非簇頭（non-leader）節(jié)點(diǎn)和它的簇頭節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)它們之間僅有的長(zhǎng)鏈路通信將要消耗更多的能量，并且相鄰簇間的并行通信沖突頻發(fā)，簇間能量消耗不平衡，由此帶來(lái)的結(jié)果是網(wǎng)絡(luò)的壽命和通信質(zhì)量與有效性都大幅減小。因此，為了節(jié)約能量和改善通信質(zhì)量和有效性，在設(shè)計(jì)簇算法時(shí)，簇的地理半徑應(yīng)該考慮。文獻(xiàn)[10]提出，在傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)用一種簡(jiǎn)單的細(xì)胞聚類結(jié)構(gòu)去構(gòu)成路由協(xié)議，這樣可以維持一種可測(cè)量的能量有效的系統(tǒng)，其關(guān)鍵的問(wèn)題是使這種細(xì)胞簇結(jié)構(gòu)具有自動(dòng)康復(fù)性。作者針對(duì)大規(guī)模多跳傳感器網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)配置和自動(dòng)康復(fù)提出了一種分布式算法，這種算法可以保證網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在二維空間里自動(dòng)配置成細(xì)胞簇結(jié)構(gòu)，其細(xì)胞單元有緊湊的地理半徑，細(xì)胞單元之間的交疊也很小。這種結(jié)構(gòu)在各種擾動(dòng)下是自動(dòng)康復(fù)的，比如節(jié)點(diǎn)加入、離開(kāi)、死亡、移動(dòng)、被敵方捕獲等。文獻(xiàn)[11]給出了一種針對(duì)簇的分布式算法LEACH，它是通過(guò)全局上重復(fù)簇操作來(lái)處理擾動(dòng)的，但這種算法既不能保證系統(tǒng)中簇的定位也不能保證簇的數(shù)量。文獻(xiàn)[12]給出了另外一種簇算法，它僅考慮了簇的邏輯半徑，而不考慮地理半徑，當(dāng)簇間存在比較大的交迭時(shí)，這種方法會(huì)降低無(wú)線傳輸?shù)挠行浴Ａ硗?，它的康?fù)不在本地處理，而是依賴于消息在整個(gè)系統(tǒng)中的多次循環(huán)。文獻(xiàn)[13]中給
    出了一種基于訪問(wèn)的簇算法，這種算法注重簇的穩(wěn)定性，不考慮簇的大小，要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有全球定位系統(tǒng)（GPS）的支持。


    4、 系統(tǒng)功耗問(wèn)題


    無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于特殊場(chǎng)合時(shí)，電源不可更換，因此功耗問(wèn)題顯得至關(guān)重要。


    在系統(tǒng)的功耗模型中，我們最關(guān)心的是：


    （1） 微控制器的操作模式（休眠模式、操作模式、，潛在的減慢時(shí)鐘速率等），無(wú)線前端的工作模式（休眠、空閑、接收、發(fā)射等）；
    （2）在每種模式中，每個(gè)功能塊的功耗量，及它與哪些參數(shù)有關(guān)；
    （3）在發(fā)射功率受限的情況下，發(fā)射功率和系統(tǒng)功耗的映射關(guān)系；
    （4）從一種操作模式轉(zhuǎn)換到另外一種操作模式(假設(shè)可以直接轉(zhuǎn)換)的轉(zhuǎn)換時(shí)間及其功耗；
    （5）無(wú)線調(diào)制解調(diào)器的接收靈敏度和最大輸出功率；
    （6）附加的品質(zhì)因數(shù)（如發(fā)射前端的溫漂和頻穩(wěn)度、接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)指示(RSSI)信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)等）。


    基于以上考慮，文獻(xiàn)[14]提出了一種自組織低功耗網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議i-Beans，并具體說(shuō)明了此網(wǎng)絡(luò)的功耗。比如，用一個(gè)220mAh的小紐扣電池供電，網(wǎng)絡(luò)的平均消耗電流是100μ;A，取樣率是每秒1次，則電池可以持續(xù)80天；如果抽樣率是每?jī)煞昼娨淮危骄碾娏鹘档?.92μ;A，則電池壽命可以延長(zhǎng)到13.1年。


    為了克服遠(yuǎn)程無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的電池工作時(shí)間短的問(wèn)題，美國(guó)Millennial Net公司已經(jīng)將其i-Bean無(wú)線技術(shù)與來(lái)自新興公司Ferro Solutions的“能量獲得（energy harvesting）”技術(shù)結(jié)合在一起，雙方最近展示了一個(gè)靠感應(yīng)振蕩能量轉(zhuǎn)換器工作的i-Bean無(wú)線發(fā)射機(jī)。這種轉(zhuǎn)換器能由在50mg至100mg力作用下的28Hz至30Hz振蕩產(chǎn)生1.2mV至3.6mV的電壓，并允許在30m距離上以115Kb/s速率發(fā)送數(shù)據(jù)（無(wú)電池）。該公司還與其他公司合作開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能電池板來(lái)給無(wú)線傳感器供電。


    在能量?jī)?yōu)化研究方面，西安交通大學(xué)的黃進(jìn)宏等在文獻(xiàn)[15]中提出了一種基于能量?jī)?yōu)化的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)組織結(jié)構(gòu)和協(xié)議ALEP。與傳統(tǒng)的無(wú)線微傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相比，ALEP更加充分地考慮到實(shí)際應(yīng)用。它將一種高效能量控制算法引入組網(wǎng)協(xié)議，提高了網(wǎng)絡(luò)的能量利用率，顯著延長(zhǎng)了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的生命周期，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的健壯性。通過(guò)對(duì)ALEP協(xié)議進(jìn)行OPNET仿真，結(jié)果顯示該協(xié)議與傳統(tǒng)模式的無(wú)線微傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相比，在傳送相同的數(shù)據(jù)量的條件下有更高效的能量特性和信息傳輸特性。
    傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全機(jī)制


    安全是系統(tǒng)可用的前提,需要在保證通信安全的前提下,降低系統(tǒng)開(kāi)銷,研究可行的安全算法。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)受到的安全威脅和移動(dòng)ad hoc網(wǎng)絡(luò)不同,所以現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制無(wú)法應(yīng)用于本領(lǐng)域,需要開(kāi)發(fā)專門協(xié)議。目前主要存在兩種思路簡(jiǎn)介如下:


    一種思想是從維護(hù)路由安全的角度出發(fā),尋找盡可能安全的路由以保證網(wǎng)絡(luò)的安全。如果路由協(xié)議被破壞導(dǎo)致傳送的消息被篡改,那么對(duì)于應(yīng)用層上的數(shù)據(jù)包來(lái)說(shuō)沒(méi)有任何的安全性可言。一種方法是“有安全意識(shí)的路由”( SAR) ,其思想是找出真實(shí)值和節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系,然后利用這些真實(shí)值去生成安全的路由。該方法解決了兩個(gè)問(wèn)題,即如何保證數(shù)據(jù)在安全路徑中傳送和路由協(xié)議中的信息安全性。這種模型中,當(dāng)節(jié)點(diǎn)的安全等級(jí)達(dá)不到要求時(shí),就會(huì)自動(dòng)的從路由選擇中退出以保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的路由安全。可以通過(guò)多徑路由算法改善系統(tǒng)的穩(wěn)健性( robustness) ,數(shù)據(jù)包通過(guò)路由選擇算法在多徑路徑中向前傳送,在接收端內(nèi)通過(guò)前向糾錯(cuò)技術(shù)得到重建。


    另一種思想是把著重點(diǎn)放在安全協(xié)議方面,在此領(lǐng)域也出現(xiàn)了大量的研究成果。假定傳感器網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)是為高級(jí)政要人員提供安全保護(hù)的,提供一個(gè)安全解決方案將為解決這類安全問(wèn)題帶來(lái)一個(gè)合適的模型。在具體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)上,先假定基站總是正常工作的,并且總是安全的,滿足必要的計(jì)算速度、存儲(chǔ)器容量,基站功率滿足加密和路由的要求;通信模式是點(diǎn)到點(diǎn),通過(guò)端到端的加密保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?射頻層總是正常工作?；谝陨锨疤?典型的安全問(wèn)題


    可以總結(jié)為:
    a、信息被非法用戶截獲;
    b、一個(gè)節(jié)點(diǎn)遭破壞;
    c、識(shí)別偽節(jié)點(diǎn);
    d、如何向已有傳感器網(wǎng)絡(luò)添加合法的節(jié)點(diǎn)。


    此方案是不采用任何的路由機(jī)制。在此方案中,每個(gè)節(jié)點(diǎn)和基站分享一個(gè)唯一的64位密匙Keyj和一個(gè)公共的密匙KeyBS,發(fā)送端會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密,接收端接收到數(shù)據(jù)后根據(jù)數(shù)據(jù)中的地址選擇相應(yīng)的密匙對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解密。


    無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的兩種專用安全協(xié)議:安全網(wǎng)絡(luò)加密協(xié)議SNEP ( SensorNetwork Encryp tion Protocol)和基于時(shí)間的高效的容忍丟包的流認(rèn)證協(xié)議μTESLA。SNEP的功能是提供節(jié)點(diǎn)到接收機(jī)之間數(shù)據(jù)的鑒權(quán)、加密、刷新,μTESLA的功能是對(duì)廣播數(shù)據(jù)的鑒權(quán)。因?yàn)闊o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可能是布置在敵對(duì)環(huán)境中,為了防止供給者向網(wǎng)絡(luò)注入偽造的信息,需要在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)基于源端認(rèn)證的安全組播。但由于在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,不能使用公鑰密碼體制,因此源端認(rèn)證的組播并不容易實(shí)現(xiàn)。傳感器網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議SP INK中提出了基于源端認(rèn)證的組播機(jī)制uTESLA,該方案是對(duì)TESLA協(xié)議的改進(jìn),使之適用于傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。其基本思想是采用Hash鏈的方法在基站生成密鑰鏈,每個(gè)節(jié)點(diǎn)預(yù)先保存密鑰鏈最后一個(gè)密鑰作為認(rèn)證信息,整個(gè)網(wǎng)絡(luò)需要保持松散同步,基站按時(shí)段依次使用密鑰鏈上的密鑰加密消息認(rèn)證碼,并在下一時(shí)段公布該密鑰。
    -/gjjici/-

    上海豫淞電子科技有限公司,簡(jiǎn)稱豫淞科技（YUSONG TEST）。豫淞科技有限公司是一家致力于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)解決方案的供應(yīng)商,產(chǎn)品涉及工業(yè)測(cè)量,工業(yè)安全防護(hù),自動(dòng)化檢測(cè),物流系統(tǒng)解決方案四塊領(lǐng)域。 
      公司是以技術(shù)研發(fā)為基礎(chǔ),服務(wù)客戶為核心,以完善自身匯報(bào)社會(huì)為目的科技型企業(yè),致力于成為行業(yè)內(nèi)頂級(jí)無(wú)線智能企業(yè),為客戶提供智能傳感器, 無(wú)線加速度傳感器,無(wú)線振動(dòng)傳感器,無(wú)線傾角傳感器,無(wú)線溫度傳感器,無(wú)線壓力傳感器,無(wú)線力傳感器,無(wú)線數(shù)據(jù)采集端,綜合性智能傳輸基站,無(wú)線傳感解決方案。 

     圍繞客戶需求,以智能化,微型化,網(wǎng)絡(luò)化為方向的技術(shù)創(chuàng)新,提供高品質(zhì)化系統(tǒng),為客戶創(chuàng)造最大價(jià)值。 運(yùn)用數(shù)字信息技術(shù),打造工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),讓物質(zhì)文明充斥每個(gè)角落。

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