无线传感器网络及其安全

无线传感器网络及其安全

WSN-WirelessSensorNetworks班级：物联网姓名：张海亮1、传感器网络概述

2、国内外发展现状

3、传感器网络应用

4、传感器网络协议

5、传感器网络安全1.传感器网络概述基础微电子技术、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解释1由部署在观测环境附近的大量的微型廉价低功耗的传感器节点组成，通过无线通信方式形成一个多跳的无线网络系统。解释2：传感器网络是由一组传感器以特定方式构成的无线网络，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，并发布给观察者。传感器网络的三个基本要素：传感器，感知对象，观察者传感器网络的基本功能协作地感知、采集、处理和发布感知信息第一代传感器网络20世纪70年代。点对点传输，具有简单信息获取能力。第二代传感器网络获取多种信息的综合能力，采用串/并接口与传感控制器相联。第三代传感器网络20世纪90年代后期。智能传感器采用现场总线连接传感控制器构成局域网络。第四代传感器网络以无线传感器网络为标志，正处于研究和开发阶段。传感器网络的发展传感器网络的网络结构sink-汇聚点sensornode-传感器节点sensorfield-监测区域普通节点和Sink节点：完成数据采集和多跳中继传输。

网关节点G：完成无线和有线信号转换，实现CERNET2的接入。

监控中心CC：完成区域数据的综合处理。例：以自组织形式构成多跳中继的分级结构网络传感器网络的实体传感器节点功能：采集、处理、控制和通信等网络功能：兼顾节点和路由器资源受限：存储、计算、通信、能量Sink节点功能：连接传感器网络与Internet等外部网络，实现两种协议栈之间的通信协议转换，发布管理节点的监测任务，转发收集到的数据。特点：连续供电、功能强、数量少等由电源、数据获取单元DAU、数据处理单元DPU、数据发送和接收单元DSRU构成。无线传感器网络节点传感器网络的特点大规模网络：地理区域大；部署密集自组织网络：不确定性；拓扑结构变化资源受限：计算、存储、通讯、能量动态拓扑：节点故障；通讯故障；移动性；节点加入可靠网络：适应环境条件；鲁棒性、容错性应用相关：没有统一的通信协议平台以数据为中心传感器节点的限制电源能量有限通信能力有限计算和存储能力有限传感器网络概述－与adhoc的不同WSN结点数量更为庞大多数节点为静止节点分布更为密集能量约束结点更容易出错拓扑结构变化频繁Adhoc几十至上百个节点局域网节点全移动结构变化（移动）能量可连续提供点到点通信2.国内外研究现状引起了世界各国军事部门、工业界和学术界的极大关注美国军方：C4KISR计划、SmartSensorWeb、灵巧传感器网络通信、无人值守地面传感器群、传感器组网系统、网状传感器系统CEC等。Intel公司：2002年基于微型传感器网络的新型计算发展规划。美国NSF：2003年制定了传感器网络研究计划。美国DustNetworks和CrossbowTechnologies等公司：“智能尘埃、Mote”已进入应用测试。英国、日本、意大利等国：开展该领域的研究工作。我国也开展了这一领域的研究工作：无线传感器结点的硬件设计、操作系统、网络路由技术、节能技术、覆盖控制技术等。例1：智能尘埃SmartDust•光信号传输•很微小，微米级的包含传感和通信的平台•具有计算能力，双向无线通信能力，自带电源•成本比较低，适合大规模生产和部署•有特定的用途与功能：空间探测远距离交通流量探测建筑物情况监控战场，自然资源监视智能尘埃SmartDust智能尘埃SmartDust：大小比较例2：Mote无线电波传输，

元件齐全，选择性高，

功能较完善3.无线传感器网络应用军事：监控敌方部署、装备、军火情况战场监视定位战场损失评估核、生化武器攻击监测和侦察环保：森林防火洪水监测污染监控精准农业生物种群研究无线传感器网络应用医疗：无线监测人体生理数据医院药品管理老年人健康状况监控远程医疗空间探索：星球表面大范围、长时期、近距离的监测和探索。选定着陆场地其他应用：紧急和临时场合应急通信：地震、水灾、强热带风暴灾害地区、边远或偏僻野外地区交通流量监控智能化房屋结构健康监测机械设备状态监测案例1Senera的桥梁安全监控系统例2:英国石化－油轮应用监测油轮发动机及旋转设备系统能够运行在苛刻的环境下长期高效采集有效数据免去人工检查的繁琐工程减少停工期和维护次数减少有线监控的高额成本BPHeliosCommendationOctober2005BPInternationalLtd例3:中国电力－高压传输线应用监测大跨距输电线路实时监控电线的应力、温度和振动节点固定在高压输电线上基站位于高压输电塔所有无线设备不受恶劣天气影响电池电量维持节点连续工作一年以上4.无线通信网络协议物理层协议:

研究传感器网络采用的传输媒体、频段选择及调制方式。包括：a)无线电传输

主流传输方式，一般采用ISM频段（433M,915M)

b)红外线传输和光波传输

不需调制，接收器电路简单，功耗小（smartdust项目开发了具有光通信能力的传感器）数据链路层协议

a)拓扑生成

平面结构：所有节点处于平等地位，结构简单易维护

具有较好的健壮性

无管理节点，自组织协同算法复杂

典型算法：ASCENT,SPAN等

层次结构：以簇的形式存在，有簇首和成员节点

簇首管理或控制节点集合（簇）

可扩展性好，便于管理，但开销大，硬件成本高

典型算法：DNC和RCA：双信道分组机制

虚拟簇：需要交互的节点构成虚拟簇

b)信道接入方式固定分配：需要中心调度，SMACS，EAR随机竞争：CSMA及其改进混合类：综合上面两类，S-MAC网络层协议主要指路由协议，分平面和集群两种

a)平面路由协议：点地位平等，简单易扩展，缺乏管理•SPIN，以数据为中心的自适应路由协议，通过协商机制解决路由信息爆炸和资源浪费问题•DD，根据数据内容来优化路径，节能

b)集群路由协议：划分为簇，分簇首和簇成员，簇首负责信息的搜集、融合、数据转发，便于管理，维护开销大

•LEACH，随机循环选择簇首，将能量负载平均分配到每个WSN节点中

•TEEN,PEGASIS等基于LEACH的成簇方法5.无线传感器网络安全无线传感器网络协议栈由物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层组成，面临安全问题及针对措施主要有：（1）物理层：频率选择、载波频率生成、信号检测、调制和数据加密信号干扰或阻塞扩频通信窃听攻击 对敏感通信信息进行加密节点被俘 对节点数据包实行篡改证明（2）数据链路层，数据流的多路复用、数据帧检测、介质访问和差错控制碰撞 使用纠错码资源耗尽 控制MAC访问许可，时分复用无线传感器网络安全（3）网络层：提供关键路由服务仿冒节点攻击 网络节点之间相互认证虚假路由信息 通过入侵检测系统检测和清除入侵节点选择性地转发 采取协