时间：2022-10-04 02:02:32
[关键词]无线传感器网络
中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1006-0278（2013）03-171-01
一、无线传感器网络的定义
无线传感器网络（WSN，Wireless Sensor Networks）是由大量具有通信和计算能力的微型传感器节点密集分布在监控区域内部或附近，协作地监控不同位置的物理或环境状况，且能够根据周围环境自主完成指定任务的智能测控网络系统。它综合了传感器、网络通信、嵌入式计算、无线传输、分布式信息处理等领域技术，能够通过大量微型传感器协作地监测、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并把信息给用户。
二、无线传感器网络的基本特征
与数字蜂窝移动通信系统（GSM）、蓝牙（Bluetooth）、无线局域网（WLAN）等无线通信网络不同，无线传感器网络是类似于传统Ad-hoe网络，没有基站设备支持，自组织、自管理的多跳网络。无线传感器网络是Ad-Hoe网络应用在传感器技术中的一种具有动态拓扑结构的组织网络。
1.自组织的网络：无线传感器网络通常具备自组织能力；
2.自管理的网络：无线传感器网络通常具备自管理能力；
3.网络规模大，分布密集：无线传感器网络中的节点数量多于传统Ad-hoc网络中的节点数量，并且分布密度大；
4.网络节点易出错：无线传感器网络中的节点较之传统Ad-hoe网络中的节点更容易出错；
5.单个节点能力较弱：无线传感器网络的节点的计算能力、存储能力十分有限，无法进行复杂的计算和数据存储；
6.节点间广播式通信：无线传感器网络节点主要采用广播方式通信，而传统Ad-hoe网络大都采用点对点通信；
7.以数据为中心的网络：与数据为中心的含义指无线传感器网络运行时，通常只关心整个任务的执行情况，用户在使用网络查询事件时，只关心是否获得了所需的数据，不关心数据是由哪个节点发来。
三、无线传感器网络的发展
1998年，美国在先进国防研究项目局（DARPA）的一个研究项目中第一次提出无线自组织传感器网络的概念。
2000年IEEE协会成立了IEEE802.15.4工作组，其目标是开发一种供廉价的固定、便携式或者移动设备使用的低复杂度，低成本，低速率与功耗的无线传输技术。2003年IEEE推出了IEEE802.15.4的PHY物理层与MAC媒体接入控制层，其主要的特点就是低成本，易实现，可靠的近距离传输操作，而且可以在一个PAN（Personal area network，其范围为5-10米）里使用同一信道却有效避免冲突。在IEEE802.15.4里定义了两种网络节点：全功能节点与半功能节点。全功能节点可以与任何一个其它的节点进行通讯而半功能节点只能与全功能节点通讯。另外，超宽带无线通信（UWB[16]）以其高速率、低功耗、抗多径、低成本等诸多优势，已成为室内短距离无线网络的首选方案，这为WSN网络的数据传输开辟了一种崭新的方案。
【关键词】无线传感器；传输调度；方法
0.前言
无线传感器由于不用铺设电缆，因此在某些特定场合的应用中比有线传感器更具优越性，人们通过无线传感器可获得实时的信息，有利于掌握现场的第一手资料，以便及时采取相应的措施，具有安装方便、成本低廉、能耗低、布线方便、组网方便等优点，因此在国内外的诸多场合得到了广泛的应用。但无线传感器的应用多样化也随之带来了网络传输调度的高标准要求，因此必须采用科学的方法以使无线传感器在应用过程中发挥其应有的作用。
1.无线传感器网络概述
传统的传感器网络是采用有线连接的形式，在一些布线困难、危险性较强的场合应用起来较为困难，而无线传感器的网络布设是以固定网络作为支撑，以无线传输节点作为框架搭建起来的，在现场不需要进行线缆的铺设，因此具有组网方便、快捷、对环境适应性强的特点，在对无线传感器网络构建时，可采用将数量庞大的传感器网络节点在传感器工作场合附近进行抛撒，这些节点可以通过互相之间的通讯联络而在传感器附近形成一个区域无线网络。
1.1无线传感器网络的结构构成
无线传感器网络的构成包括现场无线局域网和既有固定网络两部分，这两个部分通过无线网管相互联系，然后通过有线网络或其他方式传输至控制主机。其中，各个无线通讯节点构成了无线传感器网络的骨架，每一个节点都可采集数据并负责将数据通过无线网络传输到网关，在无线传感器网络中，各个节点还可充当其他节点的路由器，这些路由器之间实现互相通讯，并最终将信号传输至网关，从而借助已有的互联网或者GPS卫星系统、移动通信网络等传输至控制中心，以便工作人员能够对现场的情况进行实时的把握，如果需要建立的无线传感器网络面积较为庞大，可通过多网关的方式来缩短通信路径，从而提高数据信号的传输速度，并最大程度的降低系统运行成本。
1.2无线传感器网络的特点
首先，由于无线传感器网络是由众多的节点构成的，其无线传输的质量和速度会受无线节点的价格、质量、体积以及分布状况的影响，并且每个节点的供电都是由电池供应，而不论是采用何种电池，其电容量毕竟有限，而无线传感器的工作区域工作人员很难进入，因此更换电池变得几乎不可能，随着电池电量的逐渐降低，无线传感器信号也会逐渐减弱，导致信号传输的质量逐渐降低，当电池电量耗尽时，无线节点就会失效。
其次，无线传感器网络在构成过程中不同于一般的无线局域网、蓝牙网络、以及移动通讯网络等的组网方式，而是通过不规则分布的网络节点自动组网，不需要任何基础网络设施。
再次，要想构建无线传感器网络，一般无线节点的数量都较多，因此受限于成本因素节点的体积和功率都不会太大，导致节点无论是处理还是存储、传输都相对较弱，因此在组网时对节点系统的协议层次应当简单化。
最后，由于节点的通信距离极其有限，一般在百米以内，因此节点与节点之间的通信都是在相邻节点之间进行，要想实现大面积的通信就要借助其他节点作为路由进行传输，一方面这种组网方式不需要设置专门的路由器，因此组网较为方便，另一方面通过多节点之间的传输后信号会有所衰减，因此一般都要在一定的范围内设置网关，以缩短节点与外网的通信距离，保证信号数据的顺利传输。
2.无线传感器网络传输调度方法研究
2.1无线传感器网络传输调度分析
在无线传感器网络传输调度中，应当把握以下原则：
第一，如果在无线传感器网络中有多个节点互相冲突、竞争和干扰时应当使系统主动为节点分配信道和时隙，使每个节点都能够正常工作。
第二，在某一个节点需要同时发送多个信息数据时，系统要为每个信息的传输次序做好分配，使每个信息源都能够顺利传输。
第三，要充分控制节点对无线传感器网络的干扰，一方面使每个节点的发送功率都能够得到最大程度的优化，另一方面避免节点之间的互相干扰，使传输调度变得容易控制。
2.2无线传感器网络的主要传输调度方法
2.2.1共享信道和多信道传输调度
共享信道传输调度是将无线网络中的全部节点都共享一个信道，在实际工作中共享信道传输调度包括随机接入和受控接入等方式，其中随机接入就是所有的节点通过竞争的方式传输数据，这种传输调度技术可以简化无线网络协议，对节点的数量没有限制要求，但是同时在多个节点同时进行传输时可能会产生冲突，最终导致信息传输失败。而受控接入是通过主机询问的方式对每个节点进行检查，对有数据传输要求的节点分配信道，从而使信息传输更加有序，并保证数据在传输过程中不丢失。
多信道传输调度与共享信道的方法基本是一致的，所不同之处在于多信道传输调度是为系统的信息传输提供多个可实际使用的信道数量，充分解决网络通信信道拥挤的问题，将相互冲突的节点分配到不同的信道中进行传输，提高系统信息吞吐量，因此，随着时间的推移，传统的共享信道传输调度正在不断转变为多信道传输调度。
2.2.2拓扑相关与拓扑透明传输调度
拓扑相关传输调度的算法依赖网络拓扑结构信息，其带宽的利用率较高，因此传输速度较快，数据传输的结果趋近于最优值，因此这种传输调度方法较为精确，但同时由于其受到网络拓扑结构的影响，在进行传输调度时还要花费大量的资源对网络拓扑信息进行收集，因此成本较高；而拓扑透明传输调度不受网络拓扑结构的影响，仅仅需要节点数以及节点最大邻居数这两个参数，且即便节点移动也不会影响到传输调度工作，但由于带宽利用率不高，因此可能在传输过程中会发生各样延迟。
3.结束语
综上所述，无线传感器在国民生产的众多领域都发挥着重要的作用，因此对于无线传感器网络的传输调度必须要科学，要把握无线传感器网络的特点以及传输调度的方式方法，使无线传感器在应用的过程中可以将信号数据实现稳定、高速的传输，使其更好的为人们的生产生活服务。 [科]
【参考文献】
[1]司海飞，杨忠，王B.无线传感器网络研究现状与应用.机电工程，2011.
[2]周雅琴，谭定忠.无线传感器网络应用及研究现状.传感器世界，2009.
关键词：无线传感器网络；网关节点；特点；功能；软硬件设计
中图分类号：TN711文献标识码：A 文章编号：
一、前言
无线传感器网络在实际应用中经常要与其它信息设备进行通信连接。例如用户手持PDA在网络覆盖的区域行走，可以通过接入互联网访问远程无线传感器网络中的温度传感器上的温度信息。特别在WSN接入互联网的应用中，网关的地位异常特殊，作用异常关键。网关经常担当网络间的协议转换器、不同类型网络的路由器、全网数据聚集、存储、处理器等重要角色，成为网络间连接的不可缺少的纽带。文章介绍分析了无线传感器网络网关节点的特点和功能，并就无线传感器网络网关节点软硬件设计进行了论述。
二、网关节点的特点和功能
（1）特点。网关节点作为整个WSN网络数据的出口，它具有数据吞吐量大，计算能力、存储能力高的特点。另外，在通信距离方面，网关节点的传输范围要比传感器节点大得多，以保证数据能传输到外网的监控中心。在采用无线网络作为网关节点与监控中心接口时，网关节点的发射功率应保证其与最近基站的通信。
（2）功能。网关节点具有丰富的软硬件资源。在完成协议转换的同时，可以承担组建和管理WSN网络的许多工作。它具有如下主要功能：①扫描并选定数据传输的物理信道，分配WSN内的网络地址，发送广播同步帧，初始化WSN网络设置；②配合WSN网络所采用的MAC算法和路由协议，协助其它网络节点完成与邻居节点连接建立路由；③完成不同网络之间的协议转换；④对从各传感器节点接收的数据根据具体应用需求和当前带宽，自适应地启动数据融合算法，降低数据冗余度；⑤处理来自监控中心的控制指令。
三、网关节点的软硬件设计
WSN网关采用嵌入式系统，主要由嵌入式微处理器、射频收发模块、GPRS通信模块、存储单元、嵌入式操作系统以及应用程序等硬件、软件组成。
（1）嵌入式处理器。网关的MCU主要用来进行信息融合并完成协议的转换，实现WSN与外部网络的通信。MCU采用Atmel公司的AT91RM9200微处理器。AT91RM9200是基于ARM920T指令集的ARM处理器，具有丰富的外设以及接口，这使得它在低成本、低功耗的条件下能完成一些功能丰富的应用。集成了许多外设接口，包括USB2.0接口和以太网接口。该处理器提供多个符合工业标准的通信接口，包括音频、闪存卡、智能卡接口等。网关的操作系统采用网络化的嵌入式Linux，它是一种开源的嵌入式实时操作系统。特别适用于网络应用，很容易在其基础上开发自己的应用程序。
（2）射频收发模块。网络节点通信模块的功能采用CC2420射频收发器来实现。CC2420是Chipcon AS公司推出的首款符合2.4GHz IEEE 802.15.4标准的射频收发器，只需极少外部元器件，性能稳定且功耗极低。利用此芯片开发的无线通信设备支持数据传输率高达250kbps，可以实现多点对多点的快速组网。CC2420的主要性能参数如下：①工作频带范围：2.400~2.4835GHz；②采用IEEE 802.15.4规范要求的直接序列扩频方式；O-QPSK调制方式；③超低电流消耗（RX：19.7mA,TX:17.4mA）,高接收灵敏度（－94dBm）；④抗邻频道干扰能力强（39dB）；
⑤IEEE 802.15.4 MAC层硬件可支持自动帧格式生成、16bits CRC 校验、电源检测、完全自动MAC层安全保护。其MAC层的帧格式为：头帧+数据帧+校验帧；PHY
层的帧格式为：同步帧+PHY头帧+MAC帧。帧头序列的长度可以通过寄存器的设置来改变；⑥与控制微处理器的接口配置容易（4总线SPI接口）。RF的软件设计中最主要的是CC2420数据收发的应用程序。CC2420的数据收发采用中断方式处理：当CC2420收到节点的RF信号时，在主循环中进行软件置位，接收中断响应，启动函数halRfReceivePacket接收数据，存入缓冲区，并发送给AT91RM9200，完成RF数据接收过程通信；当CC2420收到AT91RM9200发送的数据或命令信息时，在主循环中启动函数halRfSendPacket发送，从而将数据发出，完成数据发送任务。CC2420接收节点的RF信号的程序示例：
BYTEhalRfReceivePacket(BYTE* pData, BYTE* pRssi,BYTE* pLqi,BYTEtimeOut)
{
BYTEi=0x00
ISFLUSHRX；// 确定接收缓冲区为0
ISFLUSHRX；// 再次确认重置SFD位
RFIF & = ~IRQ_FIFOP；// 进入接收状态
Length= (RFD & 0x7F)；// 存储数据
for(i=0；i
{
pData [i]=RFD；
}
*pRssi=RFD；//接收信号的强度指示值
*pLqi=RFD；//CRC校验值
If (*pLqi & 0x80)// 校验值正确，则进入下一个数据
的接收
{ //不正确，则返回
⋯⋯}
}
（3）GPRS通信模块。为了能够将网络中的数据及时可靠地传到监控中心，本设计采用GPRS（通用分组无线业务）实现与Internet网连接。该方式具有永远在线、快速登陆、按流量计费等优势。实际中采用Simcom公司生产的GPRS通信模块SIM100E，该模块具有标准的AT命令接口，为GSM语音、短信息以及GPRS数据业务提供无线接口。其提供速率为300~115200。通过标准RS-232串口，使用AT命令完成对模块的操作，实现数据的无线拨号GPRS连接。连接的初始设置如下：
①初始化GPRS模块，与基站服务器建立连接。插入SIM卡，在超级中端用AT+IPR=115200设置波率，然后“AT+CGDCONT=1，IP，CMNET”命令定义PDP上下文，用“AT+ CGCLASS=B”命令设置终端类型，用“AT+CGACT=1”激活GPRS模块，返回OK。与基站服务器建立了连接；②与基站服务器建立ppp连接，通过TCP/IP数据包与Internet传递数据。在操作系统中运行minicom,输入Ctrl-A、Z,再按D就出现拨号界面，选择manual输入ISP的电话号码：“*99***1#”登陆到移动梦网网关GGSN上动态分配到Internet网的IP地址。SIM100E与GGSN通信采用点对点协议（ppp），使用ppp协议登陆网关GGSN之后，SIM100E模块就转入在线模式（On-line），此时WSN网关MCU发送的所有数据通过SIM100E模块透明地传送给了梦网网关GGSN，同样GGSN的应答信息也透明传回WSN网关。从而实现WSN网关通过梦网网关GGSN与Internet互联。ppp协议提供了在串行点对点链路上传输数据的方法，支持异步8位数据同步连接，目前逐渐成为点对点网络的标准。数据帧结构如表1所示。表1ppp数据帧结构
开始标志 地址 控制 协议 代码 ID 长度 信息城 校验 结束标志
Ox7E OxFF Ox03 (2B) (1B) (1B) (2B) （可变） (2B) Ox7E
为了建立点对点链路上的通信连接，发送端ppp首先发送LCP帧，以配置和测试数据链路。在LCP建立好数据链路并协调好所选设备后，发送端ppp发送NCP帧，以选择和配置一个或多个网络层协议。当所选的网络层协议配置好后，便可以将各网络层协议的数据包发送到数据链路上。配置好的链路将一直处于通信状态，直到LCP帧或NCP帧明确提示关闭链路，或有其它的外部事件发生。连接建立后，ppp将在原有协议的基础上调用网络协议（TCP/UDP协议）。考虑WSN节能的需要，TCP协议建立需要大量交互信息，本WSN网关采用UDP 协议实现数据可靠传输。
ppp报文解析实现框架如下：
void ppp_negotiate(void)
{ if(pppStatus & IsFrame)//已经得到一个ppp帧
{switch (*(WORD*)(& InBuffer [2]))//判断是LCP、
PAP、IPCP或IP包
{case LCP_PACKET:
Handle_LCP()；//处理LCP包
Break；
case PAP_PACKET:
If (InBuffer[4]==0x02)// 验证成功
NoOperation;
Break;
case IPCP_PACKET: // 处理IPCP包
Handle_IPCP()；
Break；
case IP_DATA: //处理IP包
⋯.}
}}
四、结论
综上所述，采用AT91RM9200与CC2420芯片为核心，利用内嵌TCP/IP协议栈的GPRS模块SIM100E作为网络的数据出口，可以较好地解决WSN到监控中心的传输问题。
参考文献
[1]蔡皓，冯仁剑，等.具有多种通信方式的无线传感器网络网关[J].传感技术学报，2008，21（1）：169-172
[2]匡兴红，邵惠鹤.无线传感器网络网关研究[J]. 计算机工程，2007，33（6）：228-230
关键词 无线传感器；传感功能；网络安全技术；分析；策略
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）03-0047-02
随着信息技术的发展，无线网络技术得到广泛的应用，针对无线传感器节点的开发，采用低成本、低能耗、多功能化的技术，从而降低了开发无线传感器网络的成本。由于无线传感器网络安全技术应用广泛，大多数应用在商业、娱乐、军用及民用等各个领域，因此大多数应用领域要求无线传感器网络的安全性具有一定的保障，因此，无线传感器网络安全技术被深入的研究。
1 无线传感器网络安全技术含义
无线传感器网络安全技术是指无线传感器网络安全的限制因素及无线传感器网络安全性目标。限制无线传感器网络安全因素包括传感器节点本身因素的限制、无线网络自身因素的限制，传感器节点的限制包括传感器节点的内存、存储容量等硬件方面的限制，而无线网络的限制则包括节点的脆弱性、信道的脆弱性、无固定结构、弱安全设计、局限于对称目密钥技术及节点的电源能量有限等方面的限制。
对于普通网络，无线传感器网络技术的安全性目标不仅实现无线传感器网络数据的保密性，对无线传感器网络技术的完整度、无线传感器网络的鉴别、认证性等三个方面也具有重要作用，特别是数据的保密性，其在军事应用领域中要求较高，而无线传感器网络的完整性，则是无线传感器网络安全最基本的实现目标，普通网络中大多数信息处于开放的状态，因此要求保证信息的完整性，以防虚假警报的现象发生。另外，无线传感器网络的认证性，是无线传感器网络研究领域中组通信对源端认证的非常重视的安全性目标。但是，无线传感器网络安全技术的节点具有独特性，且在不同的应用领域也有一定的特殊性，因此，无线传感器网络的安全实现目标在不同的领域的重要程度具有一定的差异。
2 无线传感器网络安全问题分析
无线传感器网络安全协议栈，是由物理层、数据链路层、网络层、传输层及应用层组成的网络协议。其网络的物理层，主要具有调制信号、发射信号、接受信号的功能；网络的数据链路层，主要实现数据流多路传输、数据帧检测、媒介访问控制、媒介错误控制的功能；针对不同的应用领域，无线传感器网络的应用层具有不同功能的应用软件。但是，无线网络传感器网络各层协议中，都存在一些网络安全问题，例如，协议中的物理层，其容易引起无线通信的干扰，攻击者用A个节点干扰B个节点的服务，并且阻塞B个节点（A
3 无线传感器网络安全技术应对策略
3.1 无线传感器网络协议栈安全攻击技术策略
针对无线传感器网络协议的物理层、数据链路层等各个层次中，分析各个层受到的攻击方法及防御策略，如图1所示。
图1 协议栈攻击方法和攻击手段
物理层协议主要负责信号的调制、发送和接收，也包括数据的加密‘信号的探测等。由于无线传感器网络是以无线电的媒介为基础，并且无线传感器网络的节点一般不被设置在安全的地方节点的物理层没有得到安全保障，因此容易导致无线传感器网络在媒介及物理层上受到干扰攻击。
干扰攻击，是指对无线网络传感器的节点，干扰其使用的无线电频率。由于干扰端源不同，则导致干扰的破坏力大小也不一样，有的可能干扰一个小的区域，严重的可能干扰整个网络，若干扰源被随机的部署在各个领域，则容易引起攻击者改变节点信息，攻击整个网络。采用各个扩频通讯方式，如调频扩频，从而防御攻击者干扰攻击。调频扩频，是依据发送方和接收方具有相同的伪随机数列，在多个频率中，快而准的进行伪数列的切换，由于攻击者无法获取伪数列调频的规律，因此很难进行干扰通讯。但是，由于无线传感器网络中可用的频率不是无限制的使用，导致攻击者干扰不被使用的大部分频率。
3.2 无线传感器加密算法
在实际应用中，大多数数据在进行传输的过程中，都需要对其进行加密，但是，无线传感器的节点内存、CPU、存储容量及带宽容易受到限制，使在加密过程中，不能采用典型的加密计算或密文较长的数据加密算法，采用对称密钥加密算法和非对称密钥加密算法，实现数据加密技术。
对称密钥加密算法分析TEA加密算法和RC5、RC6加密算法，TEA加密算法即微型加密算法，其采用迭代、加减的操作方法，而不是采用是异或操作进行加密计算。TEA加密算法占用极小的节点内存、计算的资源也占用的较小，至今还没有攻击者能破解加密的密文，但是，TEA算法的安全性，通信组至今还没有对其进行安全审核与检查。而RC5、RC6加密算法，其通过加法操作、异或操作、循环位移等基本操作对传感器节点实现加密算法，其不仅可以实现快速对称加密，也可以实现变化密钥长度等特点，在硬件和软件方面都可以实现加密，特别是采用循环位移，其是加密算法中唯一的线性部分。RC6算法，是根据RC5算法中出现的漏洞的基础之上，采用乘法运算法则，对循环移位次数的计算方法，这样不仅改善了RC5算法中的漏洞，RC5算法的安全性也得到进一步的提高。但是，相比之下，RC6算法操作较复杂，其执行效率也较低，而RC5的安全性相对较高，但是RC5也存在许多不足之处，如资源消耗较高，容易受到暴力攻击等，另外，进行初始计算密钥，采用RC5算法，导致大量浪费传感器节点RAM字节数。
针对非对称密钥加密算法，在无线传感器网络中，采用RSA加密算法，双方节点之间进行互换密钥，从而依据第三方节点安全传输加密会话密钥给第三方，另外，由于传感器基站的资源是有限制的，因此，进行加密算法过程中，采用PKI技术，实现对基站传感器的节点进行身份认证。
4 结束语
无线传感器网络安全技术被广泛的应用在各个领域，因此，研究无线传感器网络安全技术具有重要的意义。
【关键词】传感器;信息化;高效率;研究现状
1.前言
现在随着人们传感器的要求的提高，并且我国一些物理研究的高速发展，进而可以更好的帮助我国进行无线传感器网络应用的研发，让我们提早的进入无线传感器时代，再加上传感器的廉价，让我们几乎人人都可以接触到无线传感器的网络应用，但随着科技的进步，无线传感器的一些不足也出现在了人们的面前。所以本研究通过分析无线传感器网络应用存在的一些问题，提出了加大无线传感器网络的能量投入，进一步开发传感器的计算能力，加大传感器节点保护力度等针对性解决方案，希望能在以后我国无线传感器网络应用中有所帮助。
2.况无线传感器网络应用中存在的一些问题
2.1 无线传感器网络中能量受限问题
无线传感器网站中的能量受限问题是传感现在面临的一个非常棘手的问题，这也是所有自组织网络共同的特点。随着传感器的用途越来越广，它的能力受限问题主要是由于电量供电不足造成的，目前为止无线传感器网络通常由电量有限且不可更换的电池供电，所以传感器的电源能量极其有限。往往会造成供电不足的现象，这是经常会因为电源能量问题而放弃某些节点，造成无线传感器网络应用受到阻断或是限制。电源能量约束是阻碍无线传感器网络的严重问题。节点传感、处理数据及通信都需要消耗很多能量，而当前民用无线发送接收器电源远远不能满足无线传感器网络需要，这就造成了无线传感器网络应用中的许多麻烦。因此，如何在不影响网络工作前提下节省能量，使网络及节点生命周期最大化，也是无线传感器网络设计、部署过程中面临的又一问题，只有解决了这一问题[1]，无线传感器才能更好的服务于我们。
2.2 计算中存在的能力受限问题
传感器作为新型的信息获取和处理技术，首先要处理许多来自不同地方的各种信息，在这处理过程中不可避免的要用到传感器的计算能力，而无线传感器的计算主要是网络中传感器节点内都有嵌入式处理器与存储器。这些传感器具有一定的计算能力，可以完成一定量的数据处理工作。然而嵌入式处理器与存储器计算能力与容量毕竟有限，在加上现在传感器的用途被人们进一步的开发，所以传感器的计算能力也在人们的要求中不断的加强，来适合这个高信息化的时代，所以面对传感器有限的计算能力是往往不能够到达要求的，所以会在一个高峰期或是一个比较繁忙的时间出现一些错误的现象，这些都是造成一些严重的损失，并且常常都是不可避免的，因此，如何进行批量数据处理是无线传感器网络存在的又一问题。
2.3 传感节点中的问题
传感节点作为无线传感器网络中的一个关键部位，但也是一个比较危险的部分，人们往往建成网络节点后就把它放在了一个自由的环境中。这样就会有许多危险隐患，还有就是当传感节点部署区域一般接近或直接处于敌对环境下[2]，因此极有可能被敌方俘获。而一旦传感节点被俘获，那么敌人可以不用很困难就得到传感节点加密密钥，并进而进行各种攻击，如重发攻击、窜改攻击等等。而传感节点能力实在有限，连自毁等防护措施都很难实现，即使能够实现也会因造价太高而无法使用。因此，只能靠一些物理伪装来降低俘获概率。另外，因为无法区分正常节点与被俘获节点，对节点的信任也很成问题。
3.针对无线传感器网络应用中存在的一些问题的解决措施
3.1 加大无线传感器网络的能量投入
无线传感器中的能量问题我们首先要解决的是容量的问题，这时我们可以开发一些优良的电池，这就要提升一些电池的物理和化学的性质，我们在化学方面可以运用一些化学电池，运用一些离子的浓度差来提供能量，这样一方面可以提供更多的能量，另一方面还可以节约资源，保护环境。在物理方面，我们可以使用一些先进的材料来减少我们能量运输过程中的电阻等一些阻力的问题，这样可以让我们产生的能量更加有效率的传到我们的传感器应用中，让我们的传感器能量更加持久，我们还要改善传感器的接受效率，运用先进的无线接收器来完成无线的传感器网络的信号，只有先进的无线接受器才会在更好的接受信号的同时来完成能量的节省，这样才会保证无线传感器网络的应用更加有保证，更加流利。
3.2 进一步开发传感器的计算能力
我们只有保证了传感器的计算能力才能，才能完成无线传感器的网络应用，计算能力是无线传感器的前提，对于计算能力[3]，我们要开发一些新型的计算模式，一些新型的计算程序来完成我们的计算需求，这就需要我们培养一些计算程序的技术人员，计算机在西方比较发达，我们可以引用一些西方国家的先进计算机理论，我们可以研究西方的计算机理论和我国的计算机理论相结合，在这些基础上我们可以有更大的机会进行创新来研发新的计算程序来适应高速发展的信息处理时代，如果有条件的话，我们可以给一些高等院校进行合作，我们提供资金来支持高校的计算程序研究，来可以派一些技术人员去国外进行深造来进一步提高研发水平，只有我们研发出更好的计算程序，才会从根本上解决传感器的计算能力问题，才能让传感器更好的工作。另一方面我们还可以安装更多的嵌入式处理器与存储器来保证计算的速度，可以保证在网络高峰的时期来进行高速的计算，让信息可以更及时的传达到人们的面前，让传感器网络更好的应用。
3.3 加大传感器节点的保护力度
关于传感器节点的保护措施我们首先要建立一个明确的保护系统，我们要采取跟踪保护的方法，不能再完成节点建设后就把它放在一个自由的环境中，要对节点进行追踪保护，要时刻检查节点，防止其他软件的侵入，造成必要信息的丢失，另一方面还要加大对节点的保密建设，要对传感器节点进行密码保护，及时对方获取到了我们的传感器节点，但是在没有密码的情况下，也不能进行查看或是入侵，这样就加大了保护的力度，还有就是要增大保护的范围，不但要保护传感器节点的安全性，也要保护传感器其他部分的安全性，这样一方面可以给我们传感器工作创造一个良好的氛围环境，另一方面还能加大他人对传感器节点的入侵难度，除了保护之外，我们还要定时的对传感器节点等进行修复，查杀看看有么有潜在的威胁，如果有的话，要立刻进行修复，只有时刻的检查才会让我们的传感器在一个安全的网络环境中进行信息的传递等一系列的任务。
4.无线传感器网络的原理
无线传感器网络一般都包括一台主机或者“网关”，其通过一个无线电通信链路与大量无线传感器进行通信。数据收集工作在无线传感器节点完成，被压缩后，直接传输给网关，或者如果有要求，也可以利用其他无线传感器节点来将数据传递给网关。之后，网关保证该数据是系统的输入数据。
每个无线传感器都被看作一个节点，拥有无线通信能力，同时还具有一定的信号处理与网络数据的智能。根据应用的类型，每个节点都可以有一个指定的地址。如图1所示。
图1
5.无线传感器网络的研究现状
现 状国际上无线传感器网络的研究主要是以美国这些发达国家为首，并且加拿大，英国，德国等国家也相继加入到了无线传感器网络的研究队伍中来了，并且都投入了大量的资金，主要是给高等学府进行投资，结合高等学府的科研力量来完成对无线传感网络的开发，而无线传感器网络的开发也在我国取得了很大的成功，我国的无线传感器网络开发起源于中国科学院，并在中国科学院的基础上相继在各大研究所和高校展开，并都取得了相应的进展，尤其是在清华大学，哈尔滨工业大学，北京邮电大学这些计算机专业先进的院校取得了很大的进展。
6.结语
无线传感器网络的应用已经越来越广泛，影响范围越来越广。本文简单的介绍了我国无线传感器网络应用中的一些问题，无线传感器作为一个传递信息的载体，现也取得了很大的成功，并且帮助我们节省很大的人力和物力，让我们的生活更有了效率，但是在我们对无线传感器网络应用探究的同时，也发现了无线传感器的的一些问题。所以本研究通过分析无线传感器网络应用存在的一些问题，提出了加大无线传感器网络的能量投入，进一步开发传感器的计算能力，加大传感器节点保护力度等针对性解决方案，希望能在以后我国无线传感器网络应用中有所帮助。
参考文献
[1]纪阳，张平.无线传感器网络的体系结构[J].中兴通讯技术，2012（08）.
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[4]司海飞，杨忠，王.无线传感器网络研究现状与应用[J].机电工程，2011（01）.
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[6]陈志涛.浅谈无线传感器网络研究现状与应用[J].计算机光盘软件与应用，2012（09）.
【论文摘要】本文从无线传感器网络的定义出发，简单阐述无线传感器网络的组成和介绍无线网络的发展历史，用几个实例展示无线传感器网络的具体应用，最后展望了无线传感器网络的发展前景。
1无线传感器网络
1 .1定义
就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。
1.2发展历史
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器网络雏形，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，并通过与传感控制器的相联，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。
1.3组成
一个无线传感器网络通常包括三要素，即传感器、感知对象和观察者。传感器由电源、感知部件、嵌人式处理器、存储器、通信部件和软件等几个部分组成，这些部分相互协调，共同完成对外界信息的感知功能;感知对象是无线传感器网络的监测目标;观察者是无线传感器网络的用户，是传感信息的接收者和应用者。
1.4特点
(1)自组织。传感器网络系统的节点具有自动组网的功能，节点间能够相互通信协调工作。(2)多跳路由。节点受通信距离、功率控制或节能的限制，当节点无法与网关直接通信时，需要由其他节点转发完成数据的传输，因此网络数据传输路由是多跳的。(3)动态网络拓扑。在某些特殊的应用中，无线传感器网络是移动的，传感器节点可能会因能量消耗完或其他故障而终止工作，这些因素都会使网络拓扑发生变化。(4)节点资源有限。节点微型化要求和有限的能量导致了节点硬件资源的有限性。
2无线传感器网络的应用
无线传感器网络虽未形成大规模的市场应用，但拥有十分广阔的前景，在军事、国防、环境监测、医疗卫生、建筑物监测等等许多领域都有重要的研究价值和巨大的实用价值，被誉为对十一世纪产生巨大影响力的技术之一。
2.1军事应用
同很多高科技技术一样，，无线传感器网络的产生也是源于网络在军事应上的需求，无线传感器网络本身的概念更贴近其在军事上的应用。无线传感器网络在战场上的应用主要是信息搜集、跟踪敌人、战场监测、目标分类。
无线传感器网络由低成本、低功耗的密集型节点构成，拥有自组织性和相当的容错能力，即使部分节点遭到恶意破坏，也不会导致枯个系统的崩溃，正是这一点保证了无线传感器网络能够在恶劣的战场环境下工作，从而最大程度地减少伤亡，同时提供准确可靠的信息传输。
在和平年代，主要用于国士安全保护、边境监视等应用。例如，在保护国土、防止人侵的时候，用成千上万的传感器节点代替原来的地雷埋设，用地雷埋设的方法会对自身构成巨大威胁，用传感器通过对声音和震动信号的分类分析的方法，探测敌方的人侵。
2.2环境农业应用
无线传感器网络在环境方面也有相当广泛的应用。例如:对鸟类、小型动物生活规律的观测和种群复杂度的研究，天气预报和天象现象的观侧，农作物灌溉情况，土壤温度情况，肥料含量、光照强度等的监视，森林火情监控等等。
这类无线传感器网络一般需要具备部署简单，便宜，长期不需要更换电池，无需派人现场维护等特点。一般是一次性产品，传感器也需要具备适应野外环境的能力，由于长时间不更换电池，系统必须要低功耗工作，或者从环境中寻求一定能力补给手段，譬如使用太阳能电池。
2.3医疗应用
无线传感器网络在医疗方面也日渐发挥作用。通过在病人或易发病人身上佩戴一些血压、脉搏、体温等微型无线传感器，通过住宅内的传感器网关，医生可以从医院里远程监视这些测试人群的健康状况，通过这种方法，还可以对一些高危病人进行24小时病情检测，而不妨碍病人的日常起居和生活质量。
还有一种方式，通过在人体器官中植人一些微型传感器或吞服的方式让传感器进入人体，随时观测器官的生理状态，可以发现器官的功能恶化，及时采取治疗措施从而挽救病人生命。
2:4城市及城市管理
结构安全检测在国外称之为shm。目前一般通过在结构体上安置传感器进行结构检测，广泛应用在结构安全监测上的传感器是mems加速传感器。同样，可以在建筑物内不知图像、声音、气体检测、温度、压力、辐射等传感器，发现异常事件及时报警，自动启动应急措施。
2.5无线传感器网络技术实际应用的制约因素
(1)成本。传感器网络节点的成本是制约其大规模广泛应用的重要因素，需要根据具体应用的要求均衡成本、数据精度及能量供应时间。(2)能耗:大部分的应用领域需要网络采用一次性独立供电系统，因此要求网络工作能耗低，延长网络的生命周期，这是扩大应用的重要因素,(3)微型化。在某些领域中，要求节点的体积微型化，对目标本身不产生任何影响，或者不被发现完成特殊的任务。(4)移动性。在某些特定应用中，节点或网关需要移动，导致在网络中快速自组织上存在困难，该因素也是影响其应用的主要问题之一。(5)硬件安全。在一些环境中，例如海洋、化学污染区、水流中、动物身上等，对节点的硬件要求很高，需防止受外界的破坏、腐蚀等。
3无线传感器网络未来展望
无线传感器网络有着十分广泛的应用前景，它不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域有具有巨大的运用价值，在未来还将在许多新兴领域体现其优越性，如家用、保健、交通等领域。我们可以大胆的预见，将来无线传感器网络将无处不在，将完全融入我们的生活。比如微型传感器网最终可能将家用电器、个人电脑和其他日常用品同互联网相连，实现远距离跟踪，家庭采用无线传感器网络负责安全调控、节电等。无线传感器网络将是未来的一个无孔不人的十分庞大的网络，其应用可以涉及到人类日常生活和社会生产活动的所有领域。
关键词:无线传感器网络；组成；应用；发展
科技发展的脚步越来越快，人类已经置身于信息时代。而作为信息获取最重要和最基本的技术——传感器技术，也得到了极大的发展。传感器信息获取技术已经从过去的单一化渐渐向集成化、微型化和网络化方向发展，并将会带来一场信息革命。具有感知能力、计算能力和通信能力的无线传感器网络（WSN, wireless sensor networks）综合了传感器技术、嵌人式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，获得详尽而准确的信息，传送到需要这些信息的用户。
由于WSN的巨大应用价值，它已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的广泛关注，被广泛地应用于军事，工业过程控制、国家安全、环境监测等领域。
无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等多种领域，是当前计算机网络研究的热点。
一、发展概述
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器网络雏形，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，并通过与传感控制器的相联，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。发达国家如美国，非常重视无线传感器网络的发展，IEEE正在努力推进无线传感器网络的应用和发展，波士顿大学（Boston University）还于最近创办了传感器网络协会（Sensor Network Consortium），期望能促进传感器联网技术开发。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。
二、无线传感器网络的定义和特点
无线传感器网络可以看成是由数据获取网络、数据分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、数据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。 无线传感器网络操作系统Tiny0S141的研制者，Jason Hill博士把WSN定义为：
Sensing＋CPU＋Radio＝Thousands of potential application
哈尔滨工业大学的李建中教授将WSN定义为：WSN是由一组传感器节点以自组织的方式构成的有线或无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并给观察者。从硬件上看，WSN节 点主要由数据采集单元、数据处理单元、无线数据收发单元以及小型电池单元组成，通常尺寸很小，具有低成本、低功耗、多功能等特点；从软件上看，它借助于节点中内置传感器有效探测所处区域的温度、湿度、光强度、压力等环境参数以及待测对象的电压、电流等物理参数，并通过无线网络将探测信息传送到数据汇聚中心 进行处理、分析和转发。
WSN与传统传感器和测控系统相比具有明显的优势。它采用点对点或点对多点的无线连接，大大减少了电缆成本，在传感器节点端即合并了模拟信号／数字信号转换、数字信号处理和网络通信功能，节点具有自检功能，系统性能与可靠性明显提升而成本明显缩减。
无线传感器网络具有以下特点：
1、硬件资源有限。WSN节点采用嵌入式处理器和存储器，计算能力和存储能力十分有限。所以，需要解决如何在有限计算能力的条件下进行协作分布式信息处理的难题。
2、电源容量有限。为了测量真实世界的具体值,各个节点会密集地分布于待测区域内,人工补充能量的方法已经不再适用。每个节点都要储备可供长期使用的能量,或者自己从外汲取能量（太阳能）。当自身携带的电池的能量耗尽，往往被废弃，甚至造成网络的中断。所以，任何WSN技术和协议的研究都要以节能为前提。
3、无中心。在无线传感器网络中,所有节点的地位都是平等的,没有预先指定的中心, 是一个对等式网络。各节点通过分布式算法来相互协调,在无人值守的情况下,节点就能自动组织起一个测量网络。而正因为没有中心,网络便不会因为单个节点的脱离而受到损害。节点可以随时加入或离开网络，任何节点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。
4、自组织。网络的布设和展开无需依赖于任何预设的网络设施，节点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，节点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。
5、多跳（Multi-hop）路由。WSN节点通信能力有限，覆盖范围只有几十到几百米，节点只能与它的邻居直接通信。如果希望与其射频覆盖范围之外的节点进行通信，则需要通过中间节点进行路由。WSN中的多跳路由是由普通网络节点完成的。
6、动态拓扑。WSN是一个动态的网络，节点可以随处移动；一个节点可能会因为电池能量耗尽或其他故障，退出网络运行；也可能由于工作的需要而被添加到网络中。这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化，因此网络应该具有动态拓扑组织功能。
7、节点数量众多，分布密集。WSN节点数量大、分布范围广，难于维护甚至不可维护。所以，需要解决如何提高传感器网络的软、硬件健壮性和容错性。
8、传输能力的有限性。无线传感器网络通过无线电波进行数据传输,虽然省去了布线的烦恼,但是相对于有线网络,低带宽则成为它的天生缺陷。同时,信号之间还存在相互干扰,信号自身也在不断地衰减,诸如此类。不过因为单个节点传输的数据量并不算大,这个缺点还是能忍受的。
9、安全性的问题。无线信道、有限的能量,分布式控制都使得无线传感器网络更容易受到攻击。被动窃听、主动入侵、拒绝服务则是这些攻击的常见方式。因此,安全性在网络的设计中至关重要。
三、应用现状
[关键词] 无线多媒体传感器 关键技术 研究热点 应用
目前，传感器网络研究的一个重要方面是在能量严重受限的微型节点上如何实现简单的环境数据采集、传输与处理。然而，随着监测环境的日趋复杂多变，迫切需要将信息量丰富的图像、音频、视频等媒体引入到以传感器网络为基础的环境监测活动中来，实现细粒度、精准信息的环境监测。由此，无线多媒体传感器网络应运而生。
一、无线多媒体传感器网络的特点
无线多媒体传感器网络(Wireless Multimedia Sensor Network, WMSN)是在传统无线传感器网络(WSN)基础上引入了音频、视频、图像等多媒体信息感知功能的一种新型传感器网络，多媒体传感器网络除了具有其共性特点以外，还具有显著的个性特点。具体表现为以下几个方面：
（1）网络能力增强。由于大数据量音频、视频、图像等媒体的引入，多媒体传感器节点及网络能力都有显著增强。为更好地满足网络中多媒体传输需求，网络带宽资源也相应增加。
（2）感知媒体丰富。音频、视频、图像、等多种类型数据共存于多媒体传感器网络中。另外，媒体格式多样，既包含单值信息，又包含流媒体信息。这些媒体信息共同服务于监测任务，实现更为全面、准确的场景监测。
（3）处理任务复杂。多媒体传感器网络采集的音频、视频、图像信息丰富且格式复杂，我们可利用压缩、识别、融合等多种处理以满足多样化应用需求。
二、无线多媒体传感器网络的研究现状
由于WMSN巨大的应用价值，近年来，多媒体传感器网络技术的研究己引起了科研人员的密切关注，一些学者开展了多媒体传感器网络方面的探索性研究，在IEEE系列会议、ACM多媒体和传感器网络相关会议发表了一些重要的研究成果。从2003年起，ACM还专门组织国际视频监控与传感器网络研讨会交流相关研究成果。美国加利福尼亚大学、卡耐基梅隆大学、马萨诸塞大学、波特兰州立大学等著名学府也开始了多媒体传感器网络方面的研究工作，纷纷成立了视频传感器网络组并启动了相应的科研计划。
三、无线多媒体传感器网络关键技术
（1）节点系统。传感器节点系统是构成无线多媒体传感器网络的基础，目前已经设计或生产的无线传感器网络节点可分为两类：一类是以通用微处理器为核心部件，类似嵌入式系统方式设计的节点；另一类则是采用FPGA，ASIC等专用器件设计的平台。
（2）MAC协议。媒体访问协议(MAC协议)的主要功能是在相互竞争的传感器节点之间分配有限的无线信道资源，它决定着无线信道的使用方式和网络性能，是关系到网络运行成功的重要技术。
（3）路由协议。路由协议是WSNs研究的重点之一，其功能是在网络中任意需要通信的两点间建立并维护数据传输路径。针对无线传感器网络节点资源严重受限，网络拓扑结构变化频繁，通信方式以数据为中心等特性，目前国内外研究人员已经设计了很多路由协议，其中较为常见的有SPIN，DD，CADR，LEACH，PEGASIS等。
四、无线多媒体传感器网络的研究热点及其进展
在传统有线网络中由于网络传输中的延迟、抖动、网络拥塞及发送端的发送速度与接收端的接收速度不匹配等问题在无线多媒体传感器网络中同样存在，因此在无线多媒体传感器网络中保证多媒体同步除了面临传统网络中的问题，还存在一些新挑战，分析如下：
（1）网络带宽问题。带宽资源是网络资源的一个重要方面。目前大多数无线多媒体传感器网络QoS路由协议都以最小可用带宽作为QoS度量。然而，无线传输媒介属于广播媒介，一个节点的带宽资源不仅要受到一跳邻居节点和两跳邻居节点的影响，还要受到这些节点自身业务量变化的影响，而且多媒体传感器网络的带宽又十分有限，因此如何合理利用有限带宽是多媒体同步的关键问题。
（2）网络延迟抖动更为剧烈的问题。在无线多媒体传感器网络中，节点使用无线媒介进行通信，无线信号传输面临着路径损耗、多径衰落和干扰等环境因素的影响，从而导致网络的延迟抖动更为剧烈多变，因此造成网络的控制开销大大增加，使得无线多媒体传感器网络中的多媒体同步比固定网络中的同步要复杂得多，导致对网络延迟抖动的处理更加困难。
（3）采集数据节点协同工作的问题。在无线多媒体传感器网络中，由于任务较为复杂，因此完成一项数据采集任务时，需要多个节点协同工作，但由于控制信息从汇聚节点发出，通过不同的路径到达各个协同工作的目的节点，导致各个目的节点收到控制信息的时间不一致，从而不能协同工作，导致在数据采集编码阶段不同媒体流之间产生了不同步现象。
五、无线多媒体传感器网络应用
多媒体传感器网络在军事、民用、商业中都具有非常广阔的应用前景。具体的应用领域集中在：
（1）战场侦查与监控。多媒体传感器网络具有快速部署等特点，在战场上布设大量的WSN，以收集和中继信息，并对大量的原始数据进行过滤，然后把重要信息传送到数据融合中心，大大提升指挥员对战场态势的感知水平。
（2）智能家居网络。在智能家居无线网络中最基本的单元是无线传感器节点, 它的功能是负责传感和对信息预处理, 响应监控主机的指令发送数据，如监测跟踪孩子的活动轨迹等。
（3）环境监测。WSN非常适合应用于野外环境，极大地方便了环境研究所需的原始数据的获取。
（4）农业监测。无线传感器网络具有的实时性监测，无线通信特点，使其在农业生产上有很大发展前景。
参考文献：
[1] A survey on wireless multimedia sensor networks. Computer networks
关键词：无线传感器网络 多信道通信 多信道广播
中图分类号： TP212.9；TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）04-0000-00
多信道通信在无线传感器网络中的应用越来越广泛，其能够提升无线传感器网络通信的吞吐量，且解决了信道干扰问题。本文简要分析了无线传感器网络多信道通信技术，旨在为相关研究提供参考。
1无线传感网络模型
无线传感网络在海上通信、航空通信等各个方面都有着重要的应用，无线传感网络模型一般分为物理感知单元、数据获取单元、数据传输单元以及能量单元等四个组成部分：①物理感知单元：物理感知单元的主要功能是获取目标物体的相关感知数据，其以无线传感器为基础能够对目标物体的温度、图像等数据进行感知；②数据处理单元：传感器在收集目标物体的感知数据之后会通过数据处理单元对相关感知数据进行预处理，例如图像数据的预处理、温度数据的预处理等等；③数据传输单元：目标物体的感知数据在经过处理后需要进行传输或接收，数据传输单元的主要功能是与多信道无线通信相互配合，从而实现目标物体感知数据的传输或接收[1]；④能量单元：无线传感器网络中的无线传感器等设备是需要能量支持的，能量单元的主要作用就是为无线传感器网络供给能量，从而保证无线传感器网络的正常运行。
就目前来看，当前的无线传感器网络中的节点只有部分能够实现通信移动，其余的节点则保持静止，因此，无线传感器网络呈现出以下特征：①资源有限：对于无线传感器网络的数据处理设备来说，其数据处理能力通常要依赖于嵌入式芯片的开发，因此无线传感器网络的数据存储和数据处理能力受到一定的限制，呈现出资源有限的特征；②自组织体系：无线传感器网络中各个节点之间是不可预知的，各个节点之间是相互影响的，一旦一个节点的通信失效，而可能会影响其他节点的通信链路，从而对整个无线传感器网络的结构造成影响；③结构以数据为中心：传统的无线网络结构以IP地址为中心，而无线传感器网络的结构以数据为中心，对发送数据的节点并不重视。
2 多信道通信概述
在多信道通信技术没有被研发并应用之前，无线传感器网络中各个节点的通信在一个信道之内，这就使得节点在发送和接收数据的过程中容易受到其他节点的干扰，同时还容易受到外界噪声的干扰，从而导致整个无线传感器网络在数据传输的过程中易出现误码，严重影响了通信质量。在应用多信道通信技术之后，无线传感网络中的节点能够在不同的信道内进行数据的传输，这就降低了各个节点之间的信号干扰，此外，由于节点分散在不同的信道内，单一信道的容量也会增加，这就降低了外界的干扰，从这两个方面来看，多信道通信技术在无线传感网络中的应用能够有效提升通信质量[2]。
多信道通信虽然能够提升无线传感器网络通信的可靠性，但这种通信模式也会提升通信协议以及通信结构的复杂性，相较于单通道通信来说，多信道通信技术的无线传感器网络的多信道广播以及资源负载均衡等方面的问题还有待优化。
3 无线传感网络多信道广播问题的分析
多信道通信虽然能够提升无线传感器网络通信的可靠性，但这种通信模式也会提升通信协议以及通信结构的复杂性，相较于单通道通信来说，多信道通信技术的无线传感器网络的多信道广播以及资源负载均衡等方面的问题还有待优化。
3.1 多信道广播通信的问题分析
在无线传感器网络中，多信道广播通信是一种十分重要的通信形式，其在同步时间、数据及路由的查询等各个方面都有着重要的应用。对于单信道通信的无线传感器网络来说，其无线传感节点在一个通道内实现分布，这就可以借助无线电波的广播作用来接受或传递相关的广播信息，从而实现广播通信。但对于多信道通信的无线传感器网络来说，由于传感器节点在多个通信通道内分布，因此不同信道内节点的苏醒时间有着一定的差异性，而节点的数据传输是需要能量的，为了节省能量，在不同信道内节点可能会处于睡眠状态，这就使得处于睡眠状态的节点无法接受通信信号，这就给多信道广播带来了一定的困难，从而衍生为多信道通信的相关问题，具体主要体现在以下三个方面：①覆盖率小：为了避免能量消耗，不同信道内的节点可能处于沉睡状态，这就降低了多信道广播的覆盖率，针对这个问题，可以采取节点转接的方式来解决，即如果一个沉睡节点接收信息，则可以将其转接到其他节点上，从而提升节点接收信息的效率，扩大通信范围；②广播冗余：多信道广播通信中，节点转播会导致多信道广播通信的冗余问题[3]；③通信延迟：由于多信道广播通信中，无线传感网络的节点为了节省能量处于沉睡状态，这就需要对广播信号进行转接和转播，而在转接和转播的过程中势必会影响到信号的传输效率，从而导致多信道广播通信的延迟，严重时可能导致整个无线传感网络的瘫痪。
3.2 创建分布式树形广播协议
上文中对多信道广播通信的问题进行了分析，针对这些问题可以建立一个分布式树形广播协议，以此来优化多信道广播通信。通过树形广播协议可以将节点的广播包进行发送，这就能够有效提升多信道广播通信的效率及覆盖率。分布式树形广播协议采取的是动态分配方式，采用分布式方法，集中式算法更加简便，在无线传感器网络的应用中对节点要求不高，这就有效降低了节点能量消耗，从而实现对多信道广播通信的优化。
4 结语
本文简要研究了无线传感网络模型和多信道通信在无线传感网络中的作用，并分析了无线传感网络多信道广播问题，并提出了具体的优化方法，旨在提升多信道通信技术在无线传感器网络中的应用水平。
参考文献
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关键词：无线传感器；网络安全；对策研究
中图分类号：TP212
无线传感器网络技术目前广泛的应用于人们生活和国家生活中，对人们的作用越来越显著。因此我们要加强对于无线传感器网络技术的保护，尤其要注重军事或者是科技的安全问题，避免消息泄露造成不必要的损失。但是无线传感器网络本身的一些特点就非常容易出现安全问题，再加上外来的一些挑战，对于我们保护网络安全技术的挑战性极大。因此加大对无线传感器网络安全技术的重视程度，实现无线传感器网络技术更好的作用于人们的生活。
1 无线传感器网络安全的相关问题
所谓的无线传感器网络是指由部署在监测区内的大量廉价微型传感器的节点，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。其中由于其本身的特点，导致无线传感器网络出现种种安全问题：
1.1 自组织性以及节点组织的随机性
无线传感器网络是由大批量的传感器所组成的网络体系，并没有系统规范化的制度保障，因此带有自发性，不能保障网络体系的稳定和安全。同时，节点的组织也带有随机性，它们之间的位置在布置之前不能确定，因此不能做好实现的保护工作。
1.2 通信的不可靠性
无线网络通信的通道不稳定，并且多跳路由的较大延迟性都不能保证网络通信的安全性，有些重要的信息容易被拦截遭到泄露，网络通信不安全，不能保证信息安全的传输。
1.3 能量的有限性
节点在被安排部署之后很难再进行更替，并且某些无线网络设备没电之后也不能进行有效的充电，而无线网络都是由高耗能的设备组成，不能保证无线网络长效的发挥作用，不利于网络通信的发展，我们应该非常重视对低耗能设备的设计改进。
1.4 缺乏有效的安全机制
由于无线传感器网络在通信方面、组织方面以及节点能量方面存在着较大的局限性，因此全面成熟的系统化安全保护技术还不能得以应用。同时在设计过程中对于物理安全的保护不能有效地保证，很容易扩散安全隐患，造成整个网络系统易受攻击。
2 破坏无线传感器安全性能的相关因素
目前在我国，对于无线传感器网络造成危险的因素主要包括防御手段和攻击方法，如图1：
本表主要讨论的是对无线传感器网路造成危险性较大的攻防手段，其中，攻击方法中的拥塞攻击以及碰撞攻击发挥着重要的作用。拥塞攻击是指破坏方在知道对方的网络通信的中心频率之后，通过这个频点附近发射无线电波进行干扰。对其的防御手段就是将网络节点统一转化为另外一个频率进行通信。而碰撞攻击是指破坏方在正常节点发包时同时附带发送另外一个数据包，使得被破坏方的数据信息因为数据的叠加而不能被分离出来，严重阻碍了正常的网络通信，破坏了人们的网络通信安全。防御方法是建立监听系统，利用纠错系统查找叠加的数据包并予以清除，保证数据的安全传输。另外还有泛洪攻击，主要是通过攻击别人的节点，以此造成对方节点的耗尽，阻断其他用户对该节点的合理利用和连接。对其的研究对策，我们通过设立客户端，采用客户端谜题技术，保障节点数据在有效的范围内传播使用，解决泛洪攻击带来的不必要的麻烦。
3 无线传感器网络安全技术的对策研究
3.1 密码技术
针对无线传感器网络技术的不安全性，我们可以通过设定密码，运用先进的密码技术来保障网络通信安全顺利的进行。通过加大密码的代码长度或者是数据长度，信息不易外泄，保障通信数据的安全。而其中，不对称密钥算法和对称密钥算法由于其保护力度较大并且密码设置的简便性等特点，在人们的日常生活中得以广泛利用。针对不同的通信设备我们应该采用不同的密码技术，例如在性能较差的节点通信设备上，MISTY1技术具有较大的优越性，而在性能较好的通信设备上，AuraT等技术算法优势较大。尽管公钥密码技术具有较强的安全性和节能性，但是由于价格较贵，因此在WCC中对于公匙密码技术的应用不是很广泛。
3.2 安全数据融合
无线传感器网络就是一系列的数据所组成的，数据经过融合或者剔除之后，传送给使用者，因此在传输的过程中要格外重视对数据的安全融合。融合节点利用安全的节点进行数据的融合，并且将融合后的数据输送到供基站进行评价检测，有效的保障融合结果的真实性和安全性。因此说，数据安全融合不仅能够保障无线传感器网络的节能，还能保证数据的安全，实现输送过程的顺利完成。
3.3 密钥管理技术
密钥管理主要处理的是密钥从生成到灭亡的整个生命周期中出现的各种问题，是整个加密系统中最薄弱的一个环节，非常容易引起信息的泄露。目前我国密钥管理技术主要针对的是对称密钥机制，主要包括概率性和确定性的分配模式以及预共享和非预共享的密钥模式。概率性的分配模式是如果密钥共享成功是根据一个可计算的概率提出来的分配模式，而确定性的分配模式是指两个需要交换的数据节点之间存在着一个共享的密钥，这是十分确定的。
3.4 安全路由技术
路由技术的提出主要是为了节省无线传感网节点的能量，使网线传感网络系统最大化。但是由于其传播范围较广，因此在网络数据的传输过程中很容易遭到攻击，比如DD路由协议，通过泛洪攻击的方式恶意截获有关消息，并且利用在网络中寄发hello数据包的方式，阻碍信息的正常传输，导致网络不能正常的通信。通过提出由SNEP和TESLA协议组成的SPINS协议，有效方式信息外漏，加强对攻击的防御能力，保证整个无线传感器网络体系的安全。
4 结束语
无线传感器网络技术的先进性和便捷性使其在广泛的领域内得以迅速传播，因此对其的安全问题也需要格外的重视。针对破坏无线传感器网络的相关因素，通过制定相对应的防御对策保障网络的安全性能。同时通过密钥技术、安全路由技术、安全数据融合以及密码技术等专业手段，切实提高网络系统的安全性能。
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1.无线传感器网络概况
传感器网络实现了数据的采集、处理以及传播这三种功能，并且和通信技术、计算机技术共同构成信息技术的三大支柱，无线传感器具有网络规模大、自组织、网络动态性以及可靠性等特点[2]。无线传感器网络是一种基于特定应用的系统，对于不同的应用有不同的系统设计，目前实用的无线传感器网络系统比较少，并没有一种统一的标准来定义无线传感器网络的架构，无线传感器网络作为目前信息领域新的研究热点，涉及多学科交叉的研究领域，网络传感器网络的关键技术有网络拓扑控制、网络协议以及无线通信技术等，一般主要应用于军事、环境监测以及民用等方面，并且引起了各界的广泛关注。
2.无线传感器网络通信协议研究
无线传感器网络自身比较脆弱，容易受到强大攻击点的破坏，由于体积比较小，所带的电磁量也有限，传感器各层通信协议涉及应把节能和性能放在同等的位置，可以给传感器硬件限制加密机制，以保护无线传感器的安全性能。无线传感器网络的安全和一般网络是一样的，都需要解决机密性、完整性以及安全管理等问题，这些安全问题在网络协议的各个层次中都应该充分的考虑，可以进行加密管理或者是身份认证，要加强研究防攻击术，全面保证无线传感器的安全。我们将从物理层协议、数据链路层协议以及传输层协议和应用层协议对无线传感器网络通信协议进行研究。物理层协议研究涉及无线传感器网络采用的传输媒体[3]、频段选择和调制方式，目前主要采用的传输媒体有无线电和红外线等，无线电传输是目前的主流方式，但是需要解决频段选择、节能的编码以及调制算法设计这三个方面的问题，和无线电传输相比，红外线传输不需要复杂的调制和解调机制，接收器电路也比较简单，并且单位传输功耗较小，但是这种传输方式不能够穿透非透明物体，所以智能在一些特殊的DSN系统中使用。数据链路层协议可以分为拓扑生成和信道接入方式这两种，拓扑生成分为平面结构和层次结构，在平面结构中所有的网络节点都是处于相同的平等地位，是不存在任何等级和层次差异的，所以也可以称为对等式结构，这种结构比较简单，不用进行任何结构的维护工作，也不容易产生瓶颈效应，具有较好的健壮性[4]。层次结构和平面结构是相互对应的，层次结构的拓展性比较好，并且便于管理。信道接入方式有三类，固定分配类和随机竞争类以及混合类。由于DSN自身在通信可靠性方面存在着一定的弱点，导致在实现传输层协议的传输控制时面临着较大的困难，目前对于传输控制主要集中在错误恢复机制，并且对于这方面的研究也比较少，如何在拓扑结构和信道质量动态变化下进行数据传输服务，将成为这一行业研究的重点。应用层协议和具体的应用场合环境密切相关，在具体的设计中使不可以通用的，也就是说必须要针对具体的应用需求进行设计，但是应用层的主要任务就是获取数据并且进行初步的处理，这是所有场合中应用层的共同点。网络节点实现数据采集计算或着是传输功能，都是需要消耗能量的，如果在短时间内不对产生的数据量进行处理而直接传输，将会造成网络堵塞，建设网络的寿命，也就是说在考虑采用高能效网络通信协议和数据局部处理方法，是难以实现的。
3.结语
无线传感器网络很好的将传感器技术、嵌入式计算机技术和分布式信息处理技术以及无线通信技术综合在一起，并且能够协调实时地进行检测，感知和采集各种所需信息。由于无线传感器网络具有灵活、可扩展和快速部署等特点，在军事、医疗以及环境等领域有较高的应用价值，应该要加强对这一技术的研究，并广泛的应用到实际生活中。
关键词：无线；传感器网络；应用
中图分类号：TP212.9；TN929.5
随着传感器技术、微机电系统、通信技术及嵌入式计算技术的不断发展和完善，具备通信能力、计算能力、感知能力的微型传感器开始广泛应用于各个领域。因此，应对无线传感器网络进行详细的研究，对其进行不断完善。
1 相关概念
无线传感器网络集成了微机系统、网络和传感器三大技术，是以数据处理为中心的系统，其通过对网络覆盖范围内的感知对象信息进行感知、采集、处理，并将其转发给观察者。其是由传感器节点通过应用无线通信技术自组织构成的网络。无线传感器网络是新兴的信息技术的领域，其在民用、军事等领域的应用前景都非常的广泛。无线传感器节点的组成有计算机子系统、通信子系统、传感子系统和能量供应子系统。计算机子系统是通过微控制器和微处理器构成的，其主要负责对传感器进行控制、对传感数据的算法与执行通信协议进行相关的处理。而短距离的无线通信的无线收发电路主要由通信子系统来实现。而激励装置及传感器共同构成传感子系统。能量供应子系统主要由交直流转换器及电池组成。
一个传感器网络一般由很多个传感器节点组成，且节点的应用不同，其组成部分也各有很多差别。传感单元包括很多传感功能的D/A、A/D转换模块，并根据所需监测的对象的具体情况来判断使用单一或多功能的传感器。处理单元主要是通过存储器、嵌入式CPU、嵌入式操作系统等共同将嵌入式系统构成成立起来。传感器网络的组成结构是互联网、sink节点、分布式传感器节点、用户界面等。为获取第一手信息，会密集的投放传感器节点在待监测区域内。Sink节点其本身可进行充电，储备了很多能量，相当于网关节点。能够让信息平台和位于较远处节点所收集到的信息之间进行信息的传输或交换，如互联网或卫星。而用户界面是处理监测信息的平台，通过用户界面能够更加便捷的掌握及处理从监测区域获得的信息。传感器网络的生成及其工作方式是先将通过使用机械方法、飞行器空投方法等随机散播传感器节点并将其布置到待监测的区域。之后传感器节点将会保持在自检启动的唤醒状态。所有的传感器通过发出信号，监控并记录周围传感器节点相应对外的工作的情况。节点通过对所监测到的别的传感器节点的状况的分析，并通过组网算法形成网络。构成网络的节点要进行数据通信，则要通过路由算法对合适路径进行选择来实现。
2 无线传感器网络的热点内容
2.1 安全性。无线传感器网络的安全方面主要包括安全路由及安全协议。通常，很多节点都会密集分布在相同的区域内，而最终要到达目的地则需要通过很多的节点消息的传导。传感器具有动态性，且是多跳结构，需要每个节点都具备路由功能。且传感器节点都是一个潜在的路由，极易遭受入侵，进而造成整个无线传感器网络的安全受到威胁。网络层路由协议将关键的路由服务提供给了整个无线传感器网络，无线传感器网络的可用性与安全性也受到安全的路由算法很大的影响。安全路由协议通过使用身份认证、认证广播以及双向连接认证等机制，能够增强路由的安全性，使网络对外部攻击的抵御能力得到有效地提高。在安全保障方面有安全组播和密钥管理两种方式。安全组播是指可能在敌对环境中设置无线传感器网络，需在其里形成基于源端认证的安全组播以避免供给者将伪造的信息注入网络中。
2.2 无线传感器网络的能量问题。传感器的节点需要对待监测区域获得的消息进行分析及数据处理等，且其分布的数量多范围大，而其一般通过电池进行供电，可用电量有限。且为数量庞大的节点更换电池很困难。因此，在不影响节点功能的基础上，节约其电池能量也成为其软硬件设计的核心问题。因此，在很多网络应用中，因传感器节点监测的事件具有偶发性，不需要所有的单元都工作，可通过使用休眠模式，使节点能够自适应进行唤醒与休眠，进而达到节省能量的目的。还可将所有的功耗单元进行相应的有机组合，使众多的传感器节点形成多种不同的状态，让其根据具体情况在不同状态之间进行切换，节省其需耗损的能源。
2.3 网络结构。无线传感器网络中使用的网络拓扑结构主要有网状拓扑结构、星形拓扑结构以及网状与星形相互混合的方式。而关于网络结构种类的使用决定也需要进行多方面的考虑。如需要考虑数据传输的距离，传输的频率，节点的变化水平等多重因素。在很多节点间能够发生网状结构的业务流能，且各节点之间的通信链路能够被直接的建立起来。网络结构的健壮性很强，因节点与节点之间都连接有多条链路，当某个节点失败时，网络会重新配置此节点周围的所有节点，重新保持各节点之间的连接。但因所有节点都长期处于正常工作的状态，能量的消耗也就更为严重，处理的负担也较大。节点与基站间发生星形结构的业务流。星形结构所需要的能量少，但受到直传距离的限制。网状与星形的混合方式具备网状结构的自修复和扩展功能，还具有星形结构简单低耗的优点。在中继器或路由器的周围进行一些星形方式设置节点，并通过网络结构进行组网，这样就能在一定程度上扩大网络的覆盖范围。
3 无线传感器网络技术的应用
3.1 在军事领域的应用。无线传感器网络最早应用于军事领域，其低成本、自组织性、密集性、随机分布、强大的容错能力及抗毁性等特性都是军方所需要的。一般将大量传感器节点通过特种炮弹发射或飞机撒播等方法集中撒播到人员很难到达的观察区域。分析监测区域的目标的距离、目标的目的地及速度等，可通过被动传感器如声学、磁学、化学、光学、热学以及电气等类型的传感器及主动传感器来完成。一般情况下，传感器只需稳定工作数周，不用严格要求其功耗。但若在未知环境如需要克服气候、压力、温度等方面的恶劣环境。以及为防止其被发现及摧毁，传感器本身也应尽量小型化。应优先考虑传感器适应恶劣环境的能力及小型化的要求。
3.2 在环境领域的应用。无线传感器网络在环境方面的应用也很广泛。其可以对环境参数进行检测，也可用于野外火灾的检测。无线传感器网络在农业方面应用广泛。国外发达地区应用无线传感器网络对部分农田的土壤湿度、光照强度等进行适时的检测，来确定如何耕作土壤。环境方面的无线传感器网络部署所需要的成本低、操作也相对简单、不需要进行农田的现场维护、长期不需要进行电池的更换。而节点的密集布置，能够将微观的环境因素检测出来，这为环境的监测研究提供了新的路径
3.3 在医疗领域的应用。在医疗领域无线传感器网络的应用也十分广泛。通过将一些体温、血压等微型无线传感器安装在病人的身上，并通过其住宅内的传感器网关，医生能够远程了解病人的身体健康状况。将血压及脉搏监测设备等具有特殊功能的传感器节点安装在住院病人的身上，通过传感器网络，病人的病情可以及时反馈到医生的手中，并作出及时有效的处理。还可利用传感器网络收集从病人身上累积到的长期的生理数据来进行相关的新药品的研制。除此之外，无线传感器网络在药物管理等方面也能发挥其特殊优势，将节点与药品的类别相互对应放置，通过连接计算机系统后将所开药品辨认出来，防止拿错药或开错药的情况发生。
综上所述，传感器网络是一个新兴的包含着多学科的技术。随着无线传感器网络应用前景的不断扩大，其将受到越来越的研究和关注。无线传感器网络应用的领域也将更加广泛，必将对人们的生产及生活产生重大的影响。
参考文献：
[1]何永健.无线传感器网络技术在军事中的应用[J].物联网技术，2011（01）：56-57.
[2]王新智.无线传感器网络应用技术研究[J].科技资讯，2013（32）：90-91.
[3]林喜辉.无线传感器网络应用技术研究[J].计算机与网络，2013（17）：28-29.
