物联网概论期末论文

物联网概论论文

——无线传感器网络

不久以后的将来，您将会了解到无线传感器网络被广泛应用于从农场到工厂的每个角落。那么什么是无线传感器网络呢？无线传感器网络由称为“微尘（mote）”的微型计算机构成。这些微型计算机通常指带有.无线链路的微型独立节能型计算机。无线链路使得各个微尘可以通过自我重组形成网络，彼此通信，并交换有关现实世界的信息。

无线传感器技术刚刚开始为众多企业所采用，而这些企业在过去根本不会设想使用无线网络。想想那些提供重型机械和施工设备租赁的公司：它们现在可以在施工现场使用无线传感器网络监视并管理公司的拖拉机。例如，在一个新建居住综合楼现场，其中一个租用的拖拉机发生了调协问题，导致引擎振动失常。不规律振动表明引擎出现了故障，最终会导致工作无法正常进行。通过采用公司部署在现场的无线传感器技术，传感器能够提前检测出不规则问题，并通过电子邮件告知给公司技术人员。不久，技术人员就会到达现场，在问题恶化之前加以修复，甚至客户都不会发现需要进行调整。

据了解，目前微尘技术的研究工作是在英特尔与加利福尼亚州大学伯克利分校联合主导下进行。它们成功创建了全功能传感器。这些传感器虽然只有瓶盖大小，但却可以执行计算、检测与通信等功能。您可以想象一下这种小型传感器的巨大潜力。它们可以被置于涂料

中，用于检测地震后建筑物结构的完整性！

1999年由IBM创造的“普适计算”概念，让人们第一次畅想网络无处不在的前景；而今，网络技术的发展让这一预想有机会得以实现：无线网状网（又称为自组织网络）可以构建多点对多点的网络架构、ZigBee技术完成定位感知系统、RFID技术则负责部署网络的信息节点，这三者的融合将实现一个无所不在的信息网络。

网络技术的发展已经改变了人们的生活，很多人要问：让网络无处不在是一个梦想吗？在不远的将来，我们能利用无线网状网、ZigBee、RFID技术实现吗？那时，它又会以怎样的姿态呈现在我们面前呢？

自组织网络（Adhoc）支持多点对多点的网状结构，它在组网与选路等特征上与传统无线网络存在着明显的区别。在自组织网络中，每个节点只和其临近节点通信，从一个节点发出的数据包将根据相关协议的配置逐跳（hop）传递到目的节点，这种结构与传统点对多点网络结构相比具有较多的优势。

所谓的物联网能给人便利吗？下面给出几个场景：

场景一：

在一个会议室环境下，如果投影设备的显示效果不是很理想，主持人可以通过自己的移动终端设备向每个参会人员发送文件。当发言

人走近与会的讨论组时，其移动终端设备可以动态加入该组，下载该组的讨论材料。通过可重新配置的上、下文敏感中间件，无线网状网将突出对环境的感知和动态自组网络通信的支持。

场景二：

无所不在的网络将可提供一种任何时间、任何地点的信息访问服务。例如，一辆配备有无线定位系统的急救车，可准确定位突发事故现场，利用无线网络获取实时的交通信息。在事故现场，通过便携式和移动式设备监测病人的脉搏、血压、呼吸等数据，通过无线网络访问分布式的医疗服务系统，下载有关病历数据等必要信息。除了基于定位系统的应急响应机制，该系统的功能还包括基于移动设备和无线网络的远程医疗诊断、远程病人监护，以及远程访问存有患者病历信息的医疗数据库。

场景三：

面对超市里顾客排起的长队，收银员用手持设备不停地扫描着顾客购买的商品，时常遇到一件又一件“扫”不出来的货物，这时就不得不手工输入冗长的商品序列号，此时在长长的队列中又不时发出顾客不耐烦的埋怨声……然而有了RFID，你只需掏出手机，阅读出商品的代码，然后通过手机的移动电子商务付费系统向商家付账。同时，商家确认所购买商品的记录后，顾客不必经历上述排队等购物环节就可以轻松自由地离开了。

再设想一下，当你漫步在街头，看到一幅让你心动的商品广告，

这时只需拿出手机，阅读商品的RFID标签，由此获得详细的商品信息：功能特性、性能指标、价格指数、定购办法等一目了然。假如你喜欢的话，只需输入银行的账户密码，几次按键轻松完成网上订购过程，等你回家之后，新款商品已经等在家门口。另外，你也可以将喜欢的商品推荐给自己的朋友，轻按键盘，包含详细商品信息的电子邮件就迅捷到达。难道不觉得很便利？

无线传感网络的安全问题，安全是系统可用的前提,需要在保证通信安全的前提下,降低系统开销,研究可行的安全算法。由于无线传感网网络受到的安全威胁和移动ad hoc网络不同,所以现有的网络安全机制无法应用于本领域,需要开发专门协议。目前主要存在两种思路简介如下:

一种思想是从维护路由安全的角度出发,寻找尽可能安全的路由以保证网络的安全。如果路由协议被破坏导致传送的消息被篡改,那么对于应用层上的数据包来说没有任何的安全性可言。一种方法是“有安全意识的路由”( SAR) ,其思想是找出真实值和节点之间的关系,然后利用这些真实值去生成安全的路由。该方法解决了两个问题,即如何保证数据在安全路径中传送和路由协议中的信息安全性。这种模型中,当节点的安全等级达不到要求时,就会自动的从路由选择中退出以保证整个网络的路由安全。可以通过多径路由算法改善系统的稳健性( robustness) ,数据包通过路由选择算法在多径路径中向前传送,在接收端内通过前向纠错技术得到重建。

另一种思想是把着重点放在安全协议方面,在此领域也出现了大

量的研究成果。假定传感网网络的任务是为高级政要人员提供安全保护的,提供一个安全解决方案将为解决这类安全问题带来一个合适的模型。在具体的技术实现上,先假定基站总是正常工作的,并且总是安全的,满足必要的计算速度、存储器容量,基站功率满足加密和路由的要求;通信模式是点到点,通过端到端的加密保证了数据传输的安全性;射频层总是正常工作。基于以上前提,典型的安全问题

可以总结为:

a、信息被非法用户截获;

b、一个节点遭破坏;

c、识别伪节点;

d、如何向已有传感器网络添加合法的节点。

此方案是不采用任何的路由机制。在此方案中,每个节点和基站分享一个唯一的64位密匙Keyj和一个公共的密匙KeyBS,发送端会对数据进行加密,接收端接收到数据后根据数据中的地址选择相应的密匙对数据进行解密。

一项工业界企业调查表明，40%的受访企业计划采用无线解决方案，监控机器品质。

据市场调研公司ONWorld近期发布的一份报告。预计到2011年，世界市场无线传感器网络（WSN）系统与服务将飞升至约46亿美元，比现在增长5亿美元。ON World总部位于美国加利福尼亚圣迭戈（原圣地亚哥），专门致力于无线技术研究。

该市场规模，是基于ONWorld近期对工业界终端用户公司所做

的调查得出的。调查显示，现在有三分之一的公司正在使用无线传感和控制技术，并且近一半的公司计划在未来一年半内，研究或计划采用无线解决方案。

根据ONorld的报告，无线传感器网络（WSN）系统及服务是在主动式节点间，或节点与网关间的双向无线通信。网络中的每个节点——无论是点对点，一点对多点或网眼，都是由至少一个收发器，一个微型控制器，和一个传感器组成的，传感器可以测量自然因素，如温度、湿度、光线等。因为每个节点含有一个有源RFID标签，它通常只传输自己的唯一识别码。

ON World调查总监Mareca Hatler说，工业界公司会在无线传感器网络系统和服务方面投入一部分资金，尤其为了监控机器在工厂内外的品质及状况。他补充说，事实上，有40%的公司计划采用无线解决方案，是为了监控机器品质，保证机器正常运作。

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)的主要挑战之一就是潜在应用非常多，目前需要让更多的工程技术和管理人员了解这项新兴的科技,并能找出相适应的应用。”克尔斯博科技(北京)有限公司(Crossbow Technology)董事长兼总经理John Crawford先生表示。

由于监控物理环境的重要性从来没有象今天这么突出，无线传感器网络已被视为环境监测、建筑监测、公用事业、工业控制、家庭、船舶和运输系统自动化中的下一个发展方向。无线传感器网络的基本

元素是传感器节点。“智能尘埃(Mote)”是用于描述传感器节点的另一个术语，最初是由加州大学伯克利分校及其合作伙伴Crossbow和英特尔等厂商提出的。每个Mote含有一个微型处理器(通常是低功耗MCU)、无线通讯芯片、各种传感器、足够的内存和硬件能力，能够以较低的功耗执行监视与控制任务。

象任何有感觉能力的生物体一样，WSN最依赖的是来自物理世界的传感数据。传感数据来自分布在各处的传感器，不同形态的传感器处于灵活的网络架构(通常称为“网状网络”)之中，以无线方式发射/接收信号。只要邻近的mote距离不超过100米，就不需要有线方式连接网络。在一个工厂中，数百个mote形成一个类似蜘蛛网的网状传感器网络，实际上具有无数个可以双向传送信息的路径。WSN具有多级冗余、自组网和自愈能力，意即如果有任意一个或多个Mote 失效，剩余的许多Mote将重新形成一个新的通讯网络。当这个或多个Mote重新正常工作时，它将自动被融入先前的网络中。这种特性也为用户提供了随时添加或减少传感器网络中Mote数目的功能(不需要设置网络结构和路由)。

尽管WSN为业界提供了巨大的想象空间，但由于节点成本、功耗和体积等关键问题一直没有很好解决，过去很多年来，WSN一直限于科研机构和实验室。不过，随着微电机系统(MEMS)、低功耗无线通讯协议(Zigbee)和数字电路设计的飞速发展，上述这些难点正在被解决，WSN已经开始进入商用阶段。

2003~2004年，WSN开始被试用，以验证投资回报，这一时期

每个传感器节点的成本为100~300美元；2005~2006年，WSN的使用量持续增长，重点关注可靠性和集成度，每个节点的成本为10~100美元；而2007~2010年为WSN的起飞期，新应用不断涌现，出货量高速增长，这一时期为消费者驱动，重点关注成本和尺寸，每个节点的成本可降至1~10美元甚至可以到1美元以下。根据美国几个知名市场公司预测，到2008年，WSN节点出货量将超过1亿个，市场销售总额超过20亿美元。

目前WSN在中国处于启动阶段，很多大学和科研机构都进行相关研究。Crawford表示：“中国和美国市场大约有2~3年的差距，预计2006~2007年，WSN应用在中国开始出现，目前中国一家大型国有能源公司正在评估部署WSN的计划。

可想而知，我们的物联网的价值之大。