无线传感器总结复习资料02016学生（精选5篇）

第一篇：无线传感器总结复习资料02016学生

无线传感器网络课程总结

1、现代信息科学的六个组成部分

信息的生成、获取、存储、传输、处理及其应用是现代信息科学的六大组成部分

2、WSN的定义

大规模、无线、自组织、多跳、无分区、无基础设施支持的网络，其中的节点是同构的、成本较低、体积较小、大部分节点不移动、被随意撒布在工作区域，要求网络系统有尽可能长的工作时间。

3、WSN和Ad-hoc网络的区别

不同点：（1）网络拓扑结构和工作模式各不相同。

Ad hoc网络: 网络拓扑结构动态变化。

WSN: 网络拓扑结构是静态的。

（2）工作模式不同。

WSN:多对一(Many-to-One)通信，节点之间几乎不会发生消息交换。以数据为中心（Data Centric），与组播正好相反

Ad Hoc网络 ：网络中任意两节点之间都有通信的可能。

相同点（补充）：

基本不需要人的干预，大部分工作是以自组织的方式完成的，二者统称为自组织网络（Self-Organization Networks）。二者的研究都是追求低功耗的自组织网络设计。

4、无线传感器网络的特点

(1)传感器节点数目大，密度高，采用空间位置寻址

(2)传感器接点的能量、计算能力和存储能力有限（能量、计算存储低、关键在有效简单的路由协议）

(3)无线传感网络的拓扑结构易变化，有自组织能力（与传统的有不同的特点和技术要求：它根据需要可以在工作和休眠之间切换，因此网络的拓扑结构容易发生变化，传统的网络重在QoS和更大的宽带保证，并且是静止的。无线传感器网络需要节省能量，保证连通性和延长运行寿命）

(4)传感器节点具有数据融合能力（与Mesh网络区别，数据小，移动，重能源。与无线Ad-hoc网络比数量多、密度大、易受损、拓扑结构频繁、广播式点对多通信、节点能量、计算能力受限。）

5、路由两个基本功能：确定最佳路径和通过网络传输信息

6、WSN路由协议的基本概念

WSN路由协议是一套将数据从源节点传输到目的节点的机制

7、内爆和重叠现象的解释（做图）

内爆(Implosion)：节点向邻居节点转发数据包，不管其是否收到过相同的（将同一个数据包多次转发给同一个节点的现象就是内爆）（左图）重叠(Overlap)：感知节点感知区域有重叠，导致数据冗余（右图）

8、SPIN协议的三步握手协议，并解释

（1）节点A有新数据，通过ADV发布新数据信息，使用元数据

（2）B节点收到ADV后，发现自己没有该数据，通过REQ向A请求新数据

（3）A节点向B节点传送源数据

（4）B节点融合新数据，并通过ADV发布新数据消息DATA

（5）如果节点ADV中描述的数据的副本就忽略该消息

SPIN协议采用三次握手协议来实现数据的交互，协议运行过程中使用三种报文数据：ADV、REQ和DATA。ADV用于数据的广播，当某个节点有数据可以共享时，可以用ADV数据包通知其邻居节点；REQ用于发送数据，当某一个收到ADV的节点希望收到DATA数据包时，发送REQ数据包；DATA为原始感知数据包，里面装载了原始感知数据。

9、SPIN协议的协商通过元数据来解决

元数据：节点感知数据的抽象描述，一种对源数据的一个映射，比源数据短（数据压缩）（1）元数据描述实数据（2）元数据与时数据一一对应 避免传输冗余数据

10、DD协议的三个阶段----兴趣扩散、梯度建立和路径加强（会画图）·汇聚节点发送查询消息

·兴趣消息：任务性质、数据采集/发送数率、时间戳等 ·中间节点：记录、转发

·梯度：表示了数据的传输方向

11、LEACH协议经过2个阶段（簇头建立和数据传输）

网络按照周期工作，每个周期分为两个阶段：(1)簇头建立阶段：

·节点运行算法，确定本次自己是否成为簇头； ·簇头节点广播自己成为簇头的事实；

·其他非簇头节点按照信号强弱选择应该加入的簇头，并通知该簇头节点； ·簇头节点按照TDMA的调度，给依附于他的节点分配时间片；（2）数据传输阶段：节点在分配给它的时间片上发送数据。

12、LEACH协议的基本思想

网络周期性地随机选择簇头节点，其他的非簇头节点以就近原则加入相应的簇头，形成虚拟簇，簇内节点将感知到的数据直接发送给簇头，由簇头转发给Sink节点，簇头节点可以将本簇内的数据进行融合处理以减少网络传输的数据量。延长节点的工作时间，并且实现节点的能耗平衡。

13、LEACH协议的簇头选择的策略

每个传感器节点选择[0，1]之间的一个随机数，如果选定的值小于某一个阈值，那么这个节点成为簇头节点，计算如下： k 如n GNk[rmod(n/k)]

0 其它情况

N表示网络中传感器节点的个数，k为一个网络中的簇头节点数，r为已完成的回合数，G为网络生存期总的回合数。一个回合表示一个周期，分为两个阶段：簇的建立和稳定的数据传输阶段。

14、ZigBee技术定义：ZigBee是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据率、低成本的双向无线通讯技术，是一组基于IEEE 802.15.4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的技术。

15、ZigBee可工作在2.4GHz的ISM频段、欧洲的868MHz 和美国的915 MHz 3个频段上,分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率。不同频段可使用的信道分别是16、1、10个，在中国采用2.4G频段，是免申请和免使用费的频率

16、ZigBee的两类地址：

（1）IEEE物理地址：每个ZigBee设备都有一个64位的IEEE长地址，即MAC地址。物理地址是在出厂时候初始化的。它是全球唯一的。（2）网络地址

网络地址也称短地址，通常用16位的短地址来标识自身和识别对方，对于协调器来说，短地址始终为0x0000，对于路由器和节点来说，短地址由其所在网络中的协调器分配。

T(n)

17、（1）无线传感器网络包括4类基本实体对象：目标、观测节点、传感节点和感知视场。（2）无线传感器网络系统通常包括传感器节点、汇聚节点和管理节点。传感器节点一般由4部分组成：数据采集模块、处理控制模块、无线通信模块(能量消耗的主要集中部分)、能量供应模块。

（3）无线传感器节点的基本功能：采集数据、数据处理、控制和通信

（4）无线传感器网络通信体系结构包括：物理层、数据链路层、网络层、传输控制层、应用层。

18、CSMA/CA机制:

当某个站点（源站点）有数据帧要发送时，检测信道。若信道空闲，且在DIFS时间内一直空闲，则发送这个数据帧。发送结束后，源站点等待接收ACK确认帧。如果目的站点接收到正确的数据帧，还需要等待SIFS时间，然后向源站点发送ACK确认帧。若源站点在规定的时间内接收到ACK确认帧，则说明没有发生冲突，这一帧发送成功。否则执行退避算法。

19、目前无线传感器网络采用的主要传输介质包括无线电、红外线和光波等。

（1）无线通信的介质包括电磁波和声波。电磁波是最主要的无线通信介质，而声波一般仅用于水下的无线通信。根据波长的不同，电磁波分为无线电波、微波、红外线、毫米波和光 波等，其中无线电波在无线网络中使用最广泛。

（2）无线电波是容易产生，可以传播很远，可以穿过建筑物，因而被广泛地用于室内或室外的无线通信。无线电波是全方向传播信号的，它能向任意方向发送无线信号，所以发射方和接收方的装置在位置上不必要求很精确的对准。20.传感器节点定位的基本术语：

（1）邻居节点（Neighbor Nodes）：是指传感器节点通信半径内的所有其他节点，也就是说：在一个节点通信半径内，可以直接通信的所有其他点。（2）跳数（Hop Count）：是指两个节点之间间隔的跳段总数。

（3）跳段距离（Hop Distance）：是指两个节点间隔的各跳段距离之和。

（4）接收信号强度指示（Received Signal Strength Indicator，RSSI）：是指节点接收到无线信号的强度大小。

（5）到达时间（Time of Arrival，TOA）：是指信号从一个节点传播到另一节点所需要的时间。

（6）到达时间差（Time Difference of Arrival，TDOA）：两种不同传播速度的信号从一个节点传播到另一节点所需要的时间之差。

（7）到达角度（Angle of Arrival，AOA）：是指节点接收到的信号相对于自身轴线的角度。（8）视线关系（Line of Sight，LOS）：是指两个节点间没有障碍物间隔，能够直接通信。（9）非视线关系（Non Line of Sight，NLOS）：是指两个节点之间存在障碍物。（10）基础设施（Infrastructure）：是指协助传感器节点定位的已知自身位置的固定设备（如卫星、基站等）。

（11）网络连接度：网络连接度是所有节点的邻居数目的平均值，它反映了传感器配置的密集程度。

（12）信标节点：锚点

通过其它方式预先获得位置坐标的节点。

21.（1）无线传感器网络需要时间同步，因为：在分布式的无线传感器网络应用中，每个传感器节点都有自己的本地时钟。不同节点的晶体振荡器频率存在偏差，以及湿度和电磁波的干扰等都会造成网络节点之间的运行时间偏差，RBS、TPSN是典型的时间同步算法，其原理：

RBS同步协议的基本思想是多个节点接收同一个同步信号，然后多个收到同步信号的节点之间进行同步。这种同步算法消除了同步信号发送一方的时间不确定性。这种同步协议的缺点是协议开销大

TPSN协议采用层次型网络结构，首先将所有节点按照层次结构进行分级，然后每个节点与上一级的一个节点进行时间同步，最终所有节点都与根节点时间同步。

22.无线传感器网络需要节点定位，因为传感器节点的自身定位是传感器网络应用的基础。许多应用都要求网络节点预先知道自身的位置，并在通信和协作过程中利用位置信息完成应 用要求。若没有位置信息，传器节点所采集的数据几乎是没有应用价值的。所以，在无线传感器网络的应用中，节点的定位成为关键的问题。

基于距离的定位算法：通过测量节点与信标节点间的实际距离或方位进行定位

三边测量算法：已知A、B、C三个节点的坐标，以及它们到节点D的距离，确定节点D的坐标

三角测量算法：已知A、B、C三个节点的坐标，节点D相对于节点A、B、C的角度，确定节点D的坐标

第二篇：传感器复习资料..

1.1、金属电阻应变片与半导体材料的电阻应变效应有什么不同? 答：金属电阻的应变效应主要是由于其几何形状的变化而产生的，半导体材料的应变效应则主要取决于材料的电阻率随应变所引起的变化产生的。1.2、直流测量电桥和交流测量电桥有什么区别? 答：它们的区别主要是直流电桥用直流电源，只适用于直流元件，如电阻应变片，交流电桥用交流电源，适用于所有电路元件，如电阻应变片、电容。1.3、简述电阻应变式传感器产生横向误差的原因。

粘贴在受单向拉伸力试件上的应变片 , 如图2-3所示，其敏感栅是有多条直线和圆弧部

图2－3 横向效应

分组成。这时，各直线段上的金属丝只感受沿轴向拉应变x,电阻值将增加。但在圆弧段上，沿各微段轴向(即微段圆弧的切向)的应变与直线段不相等，因此与直线段上同样长度的微段所产生的电阻变化就不相同，最明显的在/2处圆弧段上，按泊松关系，在垂直方向上产生负的压应变y，因此该段的电阻是最小的。而在圆弧的其它各段上，其轴向感受的应变由 +x变化到-y。由此可见 , 将直的电阻丝绕成敏感栅之后，虽然长度相同，但应变状态不同，其灵敏系数降低了。这种现象称横向效应。

应变片横向效应表明 , 当实际使用应变片时，使用条件与标定灵敏系数 k 时的标定规则不同时,实际 k 值要改变,由此可能产生较大测量误差，当不能满足测量精确度要求时，应进行必要的修正。

1.4、采用阻值为120Ω灵敏度系数K=2.0的金属电阻应变片和阻值为120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为4V，并假定负载电阻无穷大。当应变片上的应变分别为1和1 000时，试求单臂、双臂和全桥工作时的输出电压，并比较三种情况下的灵敏度。

KUKU421062106/V，应解：单臂时U0，所以应变为1时U0444KU421032103/V； 变为1000时应为U044KUKU421064106/V，应变为双臂时U0，所以应变为1时U0222KU421034103/V； 1000时应为U022全桥时U0KU，所以应变为1时U08106/V，应变为1000时应为U08103/V。从上面的计算可知：单臂时灵敏度最低，双臂时为其两倍，全桥时最高，为单臂的四倍。1.5、差动电桥有哪些有优点？

答：差动电桥比单臂电桥的灵敏度高，此外，还可以有效地改善电桥的温度误差、非线性误差。

1.6、如图所示为一直流电桥，供电电源电动势E=3V，R3=R4=100Ω，R1和R2为同型号的电阻应变片，其电阻均为50Ω，灵敏度系数K=2.0。两只应变片分别粘贴于等强度梁同一截面的正反两面。设等强度梁在受力后产生的应变为5000με，试求此时电桥输出端电压Uo。

题2.5图

KU23510315mV 解：此电桥为输出对称电桥，故U0222.1、电容式传感器有哪些类型？

解：电容式传感器分为变极距型、变面积型和变介质型三种类型。

2.2、试分析变面积式电容传感器和变间隙式电容的灵敏度?为了提高传感器的灵敏度可采取什么措施并应注意什么问题? 解：以变面积式电容传感器为例进行说明，如图所示是一直线位移型电容式传感器的示意图。

Δxbxda直线位移型电容式传感器

当动极板移动△x后，覆盖面积就发生变化，电容量也随之改变，其值为

C=εb（a-△x）/d=C0-εb·△x/d（1）

电容因位移而产生的变化量为

CCC0其灵敏度为 KbdxC0x aCb xd可见增加b或减小d均可提高传感器的灵敏度。

2.3、为什么说变间隙型电容传感器特性是非线性的?采取什么措施可改善其非线性特征? 解：下图为变间隙式电容传感器的原理图。图中1为固定极板，2为与被测对象相连的活动极板。当活动极板因被测参数的改变而引起移动时，两极板间的距离d发生变化，从而改变了两极板之间的电容量C。

1d21–固定极板 2--活动极板

设极板面积为A，其静态电容量为CAd，当活动极板移动x后，其电容量为

xAd(1)CC0dxx212d1当x<

xx2121 则CC0(1)(2)

dd由式（1）可以看出电容量C与x不是线性关系，只有当 x<

2.4、变间隙电容传感器的测量电路为运算放大器电路，如题4.8图所示。C0=200pF，传感器的起始电容量Cx0=20pF,定动极板距离d0=1.5mm,运算放大器为理想放大器（即K→∞,Zi→∞）,Rf极大,输入电压ui=5sinωtV。求当电容传感动极板上输入一位移量△x=0.15mm使d0减小时,电路输出电压uo为多少？

题4.8图

解：由测量电路可得

u0C0C0200uiui5sint45sintV Cx0d0201.5Cx1.50.15d0x2.5、如图3-22所示正方形平板电容器,极板长度a=4cm,极板间距离δ=0.2mm.若用此变面积型传感器测量位移x,试计算该传感器的灵敏度并画出传感器的特性曲线.极板间介质为空气,08.8510-12F/m。

ax 解：这是个变面积型电容传感器，共有4个小电容并联组成。

C040a24161048.85101228.32 /pF

2103C0kx28.3270.8x(x的单位为米)

40ax)Cx40a(ax)CCxC0

CxC040a48.8510124102K70.8 /pF x2103CxpF4030201004123xcm

3.1、试述影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是什么？

解：影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是：传感器几何尺寸、线圈电气参数的对称性、磁性材料的残余应力、测量电路零点残余电动势等。

3.2、试述电涡流式传感器的灵敏度主要受哪些因素影响？它的主要优点是什么？ 解：电涡流式传感器的灵敏度主要受导体的电导率、磁导率、几何形状，线圈的几何参数，激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离等因素影响。电涡流式传感结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量范围大、抗干忧能力强，特别是有非接触测量的优点，因此在工业生产和科学技术的各个领域中得到了广泛的应用。

4.1、为什么压电传感器通常都用来测量动态或瞬态参量？

解：如作用在压电组件上的力是静态力，则电荷会泄露，无法进行测量。所以压电传感器通常都用来测量动态或瞬态参量。

4.2、压电式传感器测量电路的作用是什么?其核心是解决什么问题?

解：压电式传感器的产生的电量非常小，内阻很高。测量电路的作用是进行阻抗变换和放大，即要求测量电路的输入阻抗很高，输出阻抗很低，通常用高输入阻抗运放。其核心是要解决微弱信号的转换与放大，得到足够强的输出信号。

4.3、某加速度计的校准振动台，它能作50Hz和1g的振动，今有压电式加速度计出厂时标出灵敏度K＝100mV／g，由于测试要求需加长导线，因此要重新标定加速度计灵敏度，假定所用的阻抗变换器放大倍数为1，电压放大器放大倍数为100，标定时晶体管毫伏表上指示为9.13V，试画出标定系统的框图，并计算加速度计的电压灵敏度。解：此加速度计的灵敏度为 K913091.3 mV/g 100标定系统框图如下：

加速度计阻抗变换器电压放大器晶体管毫伏表

4.4、用石英晶体加速度计及电荷放大器测量机器的振动，已知：加速度计灵敏度为5pC/g,电荷放大器灵敏度为50mV/pC,当机器达到最大加速度值时相应的输出电压幅值为2V,试求该机器的振动加速度。

已知：ka=5pC/g，kq=50mV/pC，Vomax=2V 求：amax=？ 解：

因为： kaQ/a；kqV0/Q 则有： V0kakqa 所以： amaxV0max8g kakq4.5、用石英晶体加速度计及电荷放大器测量机器振动，已知，加速度计灵敏度为5pC/g；电荷放大器灵敏度为50mV/pC，最大加速度时输出幅值2V，试求机器振动加速度。解：KK1K2550250mV/g

KUU2000a4g aK2504.6、什么叫正压电效应？什么叫逆压电效应？常用压材料有哪几种？

答：某些电介质在沿一定的方向上受到外力的作用而变形时，内部会产生极化现象，同时在其表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电的状态，这种现象称为压电效应。这种机械能转化成电能的现象，称为正压电效应。反之，在电介质的极化方向上施加交变电场或电压，它会产生机械变形，当去掉外加电场时，电介质变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。应用于压电式传感器中的压电材料通常有三类：一类是压电晶体，它是单晶体，如石英晶体、酒石酸钾钠等；另一类是经过极化处理的压电陶瓷，它是人工合成的多晶体，如钛酸钡等；第三类是有机压电材料，是新型的压电材料，如聚偏二氯乙烯等。4.7、一只x切型的石英晶体压电元件，其，相对介电常数，横截面积A=5cm2，厚度t=0.5cm。求：

（1）沿石英晶体电轴方向施加力的作用，产生电荷的压电效应称为什么？若沿电轴方向受Fx=9.8N的压力作用时两电级间输出电压值为多大？

（2）若此元件与高输入阻抗运放连接时连接电缆的电容为Cc=4pF，该压电元件的输出电压值为多大？

解：（1）沿石英晶体电轴方向施加力的作用，产生电荷的压电效应称为纵向压电效应。对于x切型的石英晶体压电元件，纵向受力时，产生的电荷量为

压电元件的电容量为

两电极间的输出电压值为

（2）此元件与高输入阻抗运放连接时，连接电缆的电容与压电元件本身的电容相并联，输出电压将改变为

5.1、光电效应有哪几种?与之对应的光电元件各有哪些? 答：光电效应有外光电效应、内光电效应和光生伏特效应三种。基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等；基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏晶体管等；基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。

5.2、常用的半导体光电元件有哪些?它们的电路符号如何? 答：常用的半导体光电元件有光敏二极管、光敏三极管和光电池三种。它们的电路符号如下图所示：

光敏二极管 光敏三极管 光电池

5.3、什么是光电元件的光谱特性? 答：光电元件的光谱特性是指入射光照度一定时，光电元件的相对灵敏度随光波波长的变化而变化，一种光电元件只对一定波长范围的人射光敏感，这就是光电元件的光谱特性。5.4、光电传感器由哪些部分组成?被测量可以影响光电传感器的哪些部分? 答：光电传感器通常由光源、光学通路和光电元件三部分组成，如图所示。图中Ф1是光源发出的光信号，Ф2是光电器件接受的光信号，被测量可以是x1或者x2，它们能够分别造成光源本身或光学通路的变化，从而影响传感器输出的电信号I。光电传感器设计灵活，形式多样，在越来越多的领域内得到广泛的应用。

光源Φ1光学通路Φ2光电元件Ix1x2x3

5.5、模拟式光电传感器有哪几种常见形式? 答：模拟式光电传感器主要有四种。一是光源本身是被测物，它发出的光投射到光电元件上，光电元件的输出反映了光源的某些物理参数，如图a所示。这种型式的光电传感器可用于光电比色高温计和照度计；二是恒定光源发射的光通量穿过被测物，其中一部分被吸收，剩余的部分投射到光电元件上，吸收量取决于被测物的某些参数。如图b所示。可用于测量透明度、混浊度；三是恒定光源发射的光通量投射到被测物上，由被测物表面反射后再投射到光电元件上，如图c所示。反射光的强弱取决于被测物表面的性质和状态，因此可用于测量工件表面粗糙度、纸张的白度等；四是从恒定光源发射出的光通量在到达光电元件的途中受到被测物的遮挡，使投射到光电元件上的光通量减弱，光电元件的输出反映了被测物的尺寸或位置。如图d所示。这种传感器可用于工件尺寸测量、振动测量等场合。

31122a)a)被测量是光源b)b)被测量吸收光通量 c)被测量是有反射能力的表面2c)d)被测量遮蔽光通量d)133121-被测物 2-光电元件 3-恒光源

6.2超声波有哪些传播特性? 答：超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，它是由与介质相接触的振荡源所引起的。振荡源在介质中可产生两种形式的振荡，即横向振荡和纵向振荡。横向振荡只能在固体中产生，而纵向振荡可在固体、液体和气体中产生。

超声波的一种传播特性是在通过两种不同的介质时，产生折射和反射现象，超声波的另一种传播特性是在通过同种介质时，随着传播距离的增加，其强度因介质吸收能量而减弱。

9.2（1）如图所示为光纤传感器中光线传播原理，请推导入射角的临界入射角与空气折射率n0、纤芯折射率n1及包层折射率n2的关系式。

（2）解释光纤数值孔径的物理意义。

解：（1）

在纤芯和包层界面A处，当入射角逐渐增大到临界角时，折射角等于90度，此时

光线由折射率为0n的空气，从界面O处射入纤芯时实现全反射的临界角为

9.3试计算n1=1.48和n2=1.46的阶跃折射率光纤的数值孔径。如果外部是空气n0=1，试问：对于这种光纤来说，最大入射角是多少？

解：根据光纤数值孔径NA定义

第三篇：无线传感器网络综述(网安).

2008.2 80 网络安全技术与应用 无线传感器网络综述 唐启涛

陶滔

南华大学计算机科学与技术学院

湖南

421001 摘要:本文介绍了无线传感器网络的概念、特点、通信结构及其安全需求,并对其应用过程中可能遇到的攻击方式和相 应的抵御方法做了简单介绍。指出了无线传感器网络今后的研究方向及最新研究动态。

关键词:无线传感器网络;网络协议栈;传感器节点;多跳路由 0

引言

近年来随着传感器、计算机、无线通信及微机电等技术 的发展和相互融合,产生了无线传感器网络(WSN, wireless sensor networks。无线传感器网络技术与当今主流无线网络 技术使用同一个标准——802.15.14, 它是一种新型的信息获 取和处理技术。无线传感网络综合了嵌入式计算技术、传感 器技术、分布式信息处理技术以及通信技术,能够协作地实时 监测、感知和采集网络分布区域内的不同监测对象的信息。它的应用极其广泛, 当前主要应用于国防军事、智能建筑、国 家安全、环境监测、医疗卫生、家庭等方面。

无线传感器网络系统(WSNS, wireless sensor networks system通常由传感器节点、聚节点和管理节点组成。它的结 构图如图1。传感器节点负责将所监测的数据沿着其他传感器 节点逐跳地进行传输, 经过多跳路由, 然后到达汇聚节点, 最 后通过卫星或者互联网到达管理节点, 然后, 用户1通过管理 节点对传感器网络进行管理, 发布监测任务及收集监测数据。通过无线传感器网络可以实现数据采集、数据融合、任务的 协同控制等。

图

1无线传感网络系统结构图 1

无线传感器网络特点

目前常见的无线网络包括移动通信网、Ad Hoc 网络、无 线局域网、蓝牙网络等,与这些网络相比,无线传感器网络 具有以下特征:(1硬件资源有限

由于受到价格、硬件体积、功耗等的限制,WSN 节点的 信号处理能力、计算能力有限,在程序空间和内存空间上与 普通的计算机相比较,其功能更弱。

(2电源容量有限

由于受到硬件条件的限制,网络节点通常由电池供电, 电池能量有限。同时,无线传感网络节点通常被放置在恶劣 环境或者无人区域,使用过程中,不能及时给电池充电或更 换电池。

(3无中心

无线传感器网络中没有严格的中心节点,所有节点地位平等,是一个对等式网络。每一个节点仅知道自己邻近节点 的位置及相应标识,无线传感器网络利用相邻节点之间的相 互协作来进行信号处理和通信,它具有很强的协作性。

(4自组织

网络的布设和展开不需要依赖于任何预设的网络设备, 节点通过分层协议和分布式算法协调各自的监控行为,节点 开机后就可以快速、自动地组成一个独立的无线网络。

(5多跳路由

在无线传感器网络中,节点只能同它的邻居直接通信。如果想与其射频覆盖范围之外的节点进行数据通信,则需要 通过中间网络节点进行路由。无线传感器网络中的多跳路由 是由普通网络节点来完成的,没有专门的路由设备。

(6动态拓扑

无线传感器网络是一个动态的网络,节点能够随处移 动;一个节点可能会因为电池能量用完或其他故障原因,退 出网络运行;一个节点也可能由于某种需要而被添加到当前 网络中。这些都会使网络的拓扑结构发生变化,因此无线传

感器网络具有动态拓扑组织功能。(7节点数量多,分布密集

为了对一个区域执行监测,往往需要很多的传感器节点 被放置到该区域。传感器节点分布非常密集,通常利用节点 之间高度连接性来保证系统的抗毁性和容错性。

2无线传感器网络协议栈

无线传感器网络协议栈由以下五部分组成:物理层、数 据链路层、网络层、传输层、应用层,与互联网协议栈的五 层协议相对应,其结构如图

2。

作者简介:唐启涛(1982-,男,南华大学计算机科学与技术学院 2006级硕士研究生,研究方向:计算机网

络与信安全。陶滔(1969-,男,网络教研室主任、副教授,硕士生导师,研究方向:计算机网络安全。2008.2

网络安全技术与应用 图

2无线传感器网络协议栈 2.1物理层

物理层主要负责感知数据的收集,并对收集的数据进行 采样、信号的发送和接收、信号的调制解调等任务。在物理 层中的主要安全问题是建立有效的数据加密机制。由于对称 加密算法的局限性,它不能在 WSN 中很好的发挥作用,因而 如何使用高效的公钥算法是 W S N 有待解决的问题。

2.数据链路层

数据链路层主要负责媒体接入控制和建立网络节点之间 可靠通信链路,为邻居节点提供可靠的通信通道,主要由介 质访问控制层组成。介质访问控制层使用载波监听方式来与 邻节点协调使用信道,一旦发生信道冲突,节点使用相应的 算法来确定重新传输数据的时机。无线传感器网络的介质访 问控制协议通常采用基于预先规划的机制来保护节点的能量。

2.3网络层

网络层的主要任务是发现和维护路由。正常情况下,无 线传感器网络中的大量传感器节点分布在一个区域里,消息 可能需要经过多个节点才能到达目的地,且由于传感器网络 的动态性,使得每个节点都需要具有路由的功能。节点一般 采用多跳路由连接信源和信宿。

2.4传输层

由于无线传感器网络节点的硬件限制,节点无法维持端到 端连接的大量信息传输,而且节点发送应答消息也会消耗大量 能量,因而,目前还没有成熟的关于传感器节点上的传输层 协议的研究。汇聚节点只是传感器网络与外部网络的接口。

2.5应用层

应用层主要负责为无线传感器网络提供安全支持,即实 现密钥管理和安全组播。无线传感器网络的应用十分广泛, 其中一些重要的应用领域有:军事方面,无线传感器网络可 以布置在敌方的阵地上,用来收集敌方一些重要目标信息, 并跟踪敌方的军事动向:环境检测方面,无线传感器网络能 够用来检测空气的质量,并跟踪污染源;民用方面,无线传 感器网络也可用来构建智能家居和个人健康等系统。

3安全性需求

基于无线传感器网络的特殊性,形成了与其他网络系统不 同的网络安全特性, 并能直接应用到实际的无线传感网络中。归纳为以下几个方面: 3.1鲁棒性

传感器网络一般被放置在恶劣环境、无人区域或敌方阵 地中,环境条件、现实威胁和当前任务具有不确定性,它需 要设计具有抵抗节点故障的机制。一种常用方法是部署大量 节点。网络协议应该具有识别发生故障的相邻节点的能力, 并根据更新的拓扑进行相应的调节。

3.2扩展性

WSN 节点会随着环境条件的变化或恶意攻击或任务的变 化而发生变化,从而影响传感器网络的结构。同时,节点的 加入或失效也会导致网络的拓扑结构不断变化,路由组网协 议和 W S N S 必须适应 W S N 拓扑结构变化的特点。

3.3机密性

传感器网络在数据传输过程中,应该保证不泄露任何敏 感信息。应用中,通过密钥管理协议建立的秘密密钥和其他 的机密信息,必须保证只对授权用户公开。同时,也应将因 密钥泄露造成的影响尽可能控制在一个较小范围,不影响整 个网络的安全。解决数据机密性的常用方法是使用会话密钥 来加密待传递的消息。

3.4数据认证

由于敌方能够很容易侵入信息, 接收方从安全角度考虑, 有必要确定数据的正确来源。数据认证可以分为两种,即两 部分单一通信和广播通信。

3.5数据完整性

在网络通信中,数据的完整性用来确保数据在传输过程 中不被敌方所修改,可以检查接收数据是否被篡改。根据不 同的数据种类,数据完整性可分为三类:选域完整性、无连 接完整性和连接完整性业务。

3.6

数据更新

表示数据是最新的,是没有被敌手侵入过的旧信息。网络 中有弱更新和强更新两种类型的更新。弱更新用于提供局部 信息排序,它不支持延时消息;强更新要求提供完整的次序, 并且允许延时估计。

3.7

可用性

它要求 WSN 能够按预先设定的工作方式向合法的系统用 户提供信息访问服务,然而,攻击者可以通过信号干扰、伪 造或者复制等方式使传感器网络处于部分或全部瘫痪状态, 从而破坏系统的可用性。

3.8

访问控制

W S N 不能通过设置防火墙进行访问过滤;由于硬件受 限, 也不能采用非对称加密体制的数字签名和公钥证书机制。WSN 必须建立一套符合自身特点的、综合考虑性能、效率和 安全性的访问控制机制。

4攻击方式及采取的相应措施

无线传感网络可能遭遇多种攻击。攻击者可以直接从物

2008.2 82 网络安全技术与应用 理上将其破坏。另一方面,攻击者可以通过操纵数据或路由 协议报文,在更大范围内对无线传感网络进行破坏。具体的 攻击类别如下: 4.1欺骗、篡改或重发路由信息

攻击者通过向 WSN 中注入大量欺骗路由报文,或者截取 并篡改路由报文,把自己伪装成发送路由请求的基站节点, 使全网范围内的报文传输被吸引到某一区域内,致使各传感 器节点之间能效失衡。对于这种攻击方式的攻击,通常采用 数据加密技术抵御。

4.2选择转发攻击

攻击者在俘获传感器节点后,丢弃需要转发的报文。为 了避免识破攻击点,通常情况下,攻击者只选择丢弃一部分 应转发的报文,从而迷惑邻居传感节点。通常采用多路径路 由选择方法抵御选择性转发攻击。

4.3DoS拒绝服务攻击

攻击者通过以不同的身份连续向某一邻居节点发送路由 或数据请求报文,使该邻居节点不停的分配资源以维持一个 新的连接。对于这种攻击方式,可以采用验证广播和泛洪予 以抵御。

4.4污水池攻击

攻击点在基站和攻击点之间形成单跳路由或是比其他节 点更快到达基站的路由,以此吸引附近的传感器以其为父节 点向基站转发数据。污水池攻击“调度”了网络数据报文的 传输流向,破坏了网络负载平衡。可以采用基于地理位置的 路由选择协议抵御污水池攻击。

4.5告知收到欺骗攻击

当攻击点侦听到某个邻居节点处于将失效状态时,冒充 该邻居节点向源节点反馈一个信息报文, 告知数据已被接受。使发往该邻居节点的数据报文相当于进了“黑洞”。可以调控 全球知识以抵御告知收到欺骗。

4.6

女巫攻击

攻击点伪装成具有多个身份标识的节点。当通过该节点 的一条路由破坏时,网络会选择另一条完全不同的路由,由 于该节点的多重身份,该路由可能又通过了该攻击点。它降 低了多经选路的效果。针对这种攻击方式,可以采用鉴别技 术抵御。

5今后的研究方向

目前,有关传感器网络的研究还处于初步阶段,由于无 线传感网络的体系结构和模型没有形成最后的标准,无线传 感器网络安全研究方面还面临着许多不确定的因素,对于 W S N 而言,仍然存在着如下有待进一步研究的问题。

5.1安全的异常检测和节点废除

在传感器网络中,由于被盗用节点对网络非常有害,因 而希望能即时检测和废除被盗用节点。Chan 提出使用分布式

投票系统来解决这个问题。5.2

安全路由

安全的路由协议应允许在有不利活动的情况下,继续保 持网络的正常通信。传感器网络中的许多类型的攻击方式的 抵御可以通过提高路由的安全设计来实现。如何设计一种高 效、安全的路由有待进一步的研究。

5.有效的加密原语

Perrig 提出了 SPINS 协议族, 通过该协议, 使用有效的 块加密,对于不同块进行不同的加密操作。Karlof

设计了 TinySec,在效率与安全性之间折中。在密钥建立和数字签名 时,如何使用有效的非对称加密机制,是一个值得进一步研 究的方向。

5.4入侵检测问题

在数据认证和源认证之前,有必要设计相应的方案来确 认通信方是不是恶意节点。目前有些无线传感网络都是假设 网络节点具有全网惟一标识,这其实是不符合现实的。

5.5传感器安全方案和技术方案的有机结合

根据 W S N 的特点,其安全解决方案不能设计得过于复 杂,并尽可能的避免使用公钥算法。如何在不明显增加网络 开销的情况下,使性能和效率达到最佳,并设计出相应的协 议和算法有待于进一步的研究。

5.6

管理和维护节点的密钥数据库

在传感器网络中,每个节点需要维护和保持一个密钥数据 库。在网络节点存储能力有限的情况下, 如何保证密钥建立、撤 消和更新等阶段动态地维护和管理数据库需要进一步的研究。

6总结

无线传感器网络在军事和民用领域都有着广泛的潜在用 途,是当前技术研究的热点。本文从无线传感器网络的特点、无线传感网络的协议栈、安全需求、可能受到的安全攻击及 相应的防御方法及今后有待进一步研究的问题等方面对目前 国内外开展的研究进行了较为系统的总结,有助于了解当前无 线传感器网络研究进展及现状。

参考文献

[1]Prtra JC,PalR N.A functional link artificial neural network foradaptive c hannel e qualization[J].Signal P rocessing.1995.[2]PasqualeArpaia,Pasquale Daponte,DomcaicoGrmi ald,i et a.l ANN-Based Error Reduction for Expermi entally Modeled Sensors [J].IEEE Trans.on Instrumentation andMeasurement.2002.[3]徐丽娜.神经网络控制[M].哈尔滨:哈尔滨

工业大学出版社.1999.[4]遗传算法结合FANN实现加速度传感器动态特性补偿[J].计 量学报.2005.[5]郎为民,杨宗凯,吴世忠,谭运猛.无线传感器网络安全研究.计 算机科学.2005.

第四篇：无线传感器网络实验报告

桂林电子科技大学

实验报告

2015 5--2016 6 学年第 一 学期

开 课 单 位

海洋信息工程学院

适用年级、专业

课 程 名 称

无线传感器网络

主 讲 教 师

王晓莹

课 程 序 号

1510344

课 程 代 码

BS1620009X0

实 验 名 称

ns2 实验环境配置及应用

实 验 学 时学时

学

号

姓

名

一、

实验目的1)掌握虚拟机的安装方法。

2)熟悉 Ubuntu 系统的基本操作方法。

3)掌握 ns2 环境配置。

4)掌握 tcl 语言的基本语句及编程规则。

5)了解使用 ns2 进行网络仿真的过程。

二、

实验环境

1)系统：Windows 10 专业版 64 位 2)内存：8G 3)软件：VMware Workstation 12 Pro 三、实验内容

((一 一))安装虚拟机（简述安装步骤）

a)在 VMware 官网（https://#allinone 复制到根目录，解压到当前位置 tar xvfz ns-allinone-2.35.tar.gz

在根目录下打开 ns-allinone-2.35 文件夹，在里面找到 ns-2.35 打开找 linkstate文 件 夹，打 开 里 面 的 ls.h 文 件，将 第 137 行 的 void eraseAll(){ erase(baseMap::begin(), baseMap::end());} 改成 void eraseAll(){ this->erase(baseMap::begin(), baseMap::end());}

运行 cd./ns-allinone-2.35 运行./install #进行安装

d)设置环 境变量：

终端中输入 cd，返回根目录，然后

sudo gedit.bashrc 在文件末尾加入：

export PATH=“$PATH:/home/kevin/ns-allinone-2.35/bin:/home/kevin/ns-allinone-2.35/tcl8.5.10/unix:/home/kevin/ns-allinone-2.35/tk8.5.10/unix” export LD_LIBRARY_PATH=“$LD_LIBRARY_PATH:/home/kevin/ns-allinone-2.35ns-allinone-2.35/otcl-1.14:/home/kevin/ns-allinone-2.35/lib” export TCL_LIBRARY=“$TCL_LIBRARY:/home/kevin/ns-allinone-2.35/tcl8.5.10/library” 保存退出

e)验证 完成后在新终端窗口 输入 ns 出现%

测试：

ns./ns-allinone-2.35/ns-2.35/tcl/ex/simple.tcl

输入 exit 退出 ns2

((四 四))l tcl 语言基本使用（举例说明）

a)创建 test01.tcl 文件，编辑 test01.tcl 文件,在终端输入 touch test01.tcl #创建文件 gedit test01.tcl #编辑文件 b)在 test01.tcl 中输入“九九乘法表”TCL 语言

c)运行 test01.tcl，结果如图：

((五 五))网络仿真（可以选示例，也可以自己参考资料设计仿真）

((六 六))遇到的问题及解决方法

1.Ns2 验证：安装完成后在新终端窗口 输入 ns 不出现 %

使用 sudo apt-get install ns2 安装后新窗口输入 ns 出现 %

2.TCL 语言测试：找不到 tk.tcl

ns./ns-allinone-2.35/ns-2.35/tcl/ex/simple.tcl 提示找不到 tk.tcl，因为没安装 nam，输入命令 sudo apt-get install nam 安装成功，再验证就可以了。

四、

实验总结

通过本次实验，熟悉掌握了虚拟机 VMware Workstation Pro 的安装与系统创建安装使用，熟悉掌握 Ubuntu 系统的基本命令操作，掌握 ns2 环境配置，掌握 tcl 语言的基本语句及编程规则，了解但还尚未能掌握使用 ns2进行网络仿真的操作。相信之后通过理论与实践更深的了解熟悉网络仿真的知识与操作。

第五篇：机械 无线传感器实验小结

实验小结

一个下午的实验，或许比我这大学三年多所学的理论知识更加具有实用性。开头，老师用一个混凝土传送车的测量项目，从经济成本和技术手段等方面详细介绍了有线测量的缺点与无线测量的有缺点。印象最深刻的一点是：有线测量的线路布置相当麻烦，且成本高昂，易受外界干扰；无线测量安装方便，随着技术的进步，成本也较低，抗干扰性较好，将是未来科技发展的方向。接下来便是动手操作，其中有两点感触颇深：

第一、从基础做起很重要。

整个实验从学习测量软件开始，实验的相关参数都需要再软件中事先设置妥当。有的同学完全不管不顾就立即开始测量，使得实验数据牛头不对马嘴，直接导致测量失败。学习好测量软件，接下来便是看懂实验原理图，选择正确的传感器进行实验。一开始，我们无从下手，原因在于：无线传感器本身的结构不了解，无法有效的使用起来，输入接入了3

通道，在软件上采集时却使用1通道，一直采集不到

实验数据，或者本该接在同一个传感器的不同通道上的，却找两个传感器来测量。好在，经过摸索和同学

间的讨论，终于弄明白了这些问题，希望以后的同学

们能吸取教训。

第二、细节很重要。

记得千分表加载测应变的实验中，要求输入信号全桥

接入，共4根接入线，其中一对是电源与地线，一对

是中间节点线。刚开始，我们两个接线员一看电路图，想当然认为4个电阻一样大，4根线应该是一样的，变随机接线，导致最后无论怎么调试都没有输入信号，明显是将邻臂接入了电路，使得输入信号互相抵消了，正确的接法应该是采用对臂相加原则，将R1R3或者R2R4 接入，也就说电源线与地线必须正确对于。

经过一下午的努力，终于完成了实验，整理好实验仪器，提交实验数据，走出实验室，顿时感觉成长了好多。